DE202019103328U1

DE202019103328U1 - Roboter

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Publication number: DE202019103328U1
Application number: DE202019103328.2U
Authority: DE
Original assignee: Festo SE and Co KG
Current assignee: Festo SE and Co KG
Priority date: 2019-06-13
Filing date: 2019-06-13
Publication date: 2019-06-19
Anticipated expiration: 2029-06-14
Also published as: CN213320139U; KR20200002781U

Abstract

Roboter, mit einer Tragstruktur (2) und mit einem von der Tragstruktur (2) getragenen beweglichen Roboterarm (3), wobei der Roboterarm (3) ein Armglied umfasst, das sich entlang einer imaginären Hauptachse (22) erstreckt, wobei das Armglied eine mit der Tragstruktur (2) verbundene Stützstruktur (23) aufweist und wobei das Armglied an einem vorderen axialen Endbereich (24) eine zur Befestigung einer weiteren Roboterkomponente (27) ausgebildete Montageschnittstelle (26) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass das Armglied als ein Teleskoparmglied (18) ausgebildet ist, das eine Teleskopeinheit (28) aufweist, die durch eine Drehantriebseinrichtung (38) des Teleskoparmgliedes (18) relativ zu der Stützstruktur (23) zu einer Arbeits-Drehbewegung (42) um eine Haupt-Drehachse (32) antreibbar ist, wobei sich die Haupt-Drehachse (32) in der Achsrichtung der Hauptachse (22) erstreckt, wobei die Teleskopeinheit (28) eine Schlitteneinheit (37) aufweist, an der die Montageschnittstelle (26)angeordnet ist und die durch eine Linearantriebseinrichtung (53) des Teleskoparmgliedes (18) relativ zu der Stützstruktur (23) zu einer linearen Teleskopbewegung (52) in der Achsrichtung der Hauptachse (22) antreibbar ist.

Description

Die Erfindung betrifft einen Roboter, mit einer Tragstruktur und mit einem von der Tragstruktur getragenen beweglichen Roboterarm, wobei der Roboterarm ein Armglied umfasst, das sich entlang einer imaginären Hauptachse erstreckt, wobei das Armglied eine mit der Tragstruktur verbundene Stützstruktur aufweist und wobei das Armglied an einem vorderen axialen Endbereich eine zur Befestigung einer weiteren Roboterkomponente ausgebildete Montageschnittstelle aufweist.
Aus der DE 10 2010 013 617 B4 ist ein Roboter der vorgenannten Art bekannt, der einen elektromotorisch verschwenkbaren Roboterarm aufweist. Ein Armglied des Roboterarmes verfügt über eine Montageschnittstelle, an der als weitere Roboterkomponente ein Endeffektor angebracht ist, beispielsweise eine Greifvorrichtung.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, einen einfach aufgebauten Roboter zu schaffen, der bei variablen Bewegungsmöglichkeiten über einen großen Arbeitsbereich verfügt.
Zur Lösung dieser Aufgabe ist das Armglied als ein Teleskoparmglied ausgebildet, das eine Teleskopeinheit aufweist, die durch eine Drehantriebseinrichtung des Teleskoparmgliedes relativ zu der Stützstruktur zu einer Arbeits-Drehbewegung um eine Haupt-Drehachse antreibbar ist, wobei sich die Haupt-Drehachse in der Achsrichtung der Hauptachse erstreckt, wobei die Teleskopeinheit eine Schlitteneinheit aufweist, an der die Montageschnittstelle angeordnet ist und die durch eine Linearantriebseinrichtung des Teleskoparmgliedes relativ zu der Stützstruktur zu einer hin und her gehenden linear Teleskopbewegung in der Achsrichtung der Hauptachse antreibbar ist.
Auf diese Weise liegt ein Roboter vor, dessen beweglicher Roboterarm über ein Teleskoparmglied verfügt, das eine Montageschnittstelle aufweist, die bezüglich einer mit der Tragstruktur verbundenen Stützstruktur sowohl rotativ als auch linear bewegbar ist. Diese rotative und lineare Bewegungsmöglichkeit erstreckt sich auch auf eine an der Montageschnittstelle montierte weitere Roboterkomponente, bei der es sich insbesondere um einen Endeffektor oder um einen zur lösbaren Montage eines Endeffektors ausgebildeten Endeffektorträger handelt. Der Endeffektor ist beispielsweise eine Greifvorrichtung. Das Teleskoparmglied hat eine Teleskopeinheit, zu der eine Schlitteneinheit gehört, an der die Montageschnittstelle angeordnet ist und die durch eine Linearantriebseinrichtung zu einer linearen Teleskopbewegung antreibbar ist, wobei die Bewegungsrichtung der Teleskopbewegung mit der Achsrichtung einer Hauptachse des Teleskoparmgliedes zusammenfällt. Das Teleskoparmglied ist zudem so ausgebildet, dass die Teleskopeinheit als solches um eine Drehachse verdrehbar ist, die zur besseren Unterscheidung als Haupt-Drehachse bezeichnet wird und die sich in der gleichen Richtung erstreckt wie die Hauptachse. Eine Drehantriebseinrichtung des Teleskoparmgliedes ermöglicht es, die Teleskopeinheit zu einer Arbeits-Drehbewegung um die Haupt-Drehachse anzutreiben. Da die Schlitteneinheit zu der Teleskopeinheit gehört und da die Montageschnittstelle an der Schlitteneinheit angeordnet ist, macht die Montageschnittstelle die Arbeits-Drehbewegung mit. Die Teleskopbewegung und die Arbeits-Drehbewegung können unabhängig voneinander ausgeführt werden, sodass äußerst variable Möglichkeiten zur Positionierung der Montageschnittstelle und eines mittelbar oder unmittelbar daran angebrachten Endeffektors bestehen. Dabei ergibt sich durch die Teleskopierbarkeit des Teleskoparmgliedes ein sehr großer Arbeitsbereich für den Roboterarm.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen hervor.
Vorzugsweise hat die Teleskopeinheit eine Basiseinheit, die relativ zu der Stützstruktur axial unbeweglich angeordnet ist. Die Teleskopeinheit ist über die Basiseinheit an der Stützstruktur drehbar gelagert, sodass sie die Arbeits-Drehbewegung relativ zu der Stützstruktur ausführen kann. Die Schlitteneinheit ist an der Basiseinheit unverdrehbar angeordnet, sodass die Arbeits-Drehbewegung von der Schlitteneinheit und von der Basiseinheit stets gemeinsam ausgeführt wird. Die Schlitteneinheit ist an der Basiseinheit linear verschiebbar gelagert, um relativ zu der Basiseinheit die Teleskopbewegung ausführen zu können. Die Arbeits-Drehbewegung wird durch die Drehantriebseinrichtung hervorgerufen. Die Teleskopbewegung wird durch die Linearantriebseinrichtung hervorgerufen. Die Drehantriebseinrichtung und die Linearantriebseinrichtung sind zweckmäßigerweise unabhängig voneinander betätigbar. Der Roboter hat zweckmäßigerweise eine elektronische Steuereinrichtung, um die Drehantriebseinrichtung und die Linearantriebseinrichtung hinsichtlich ihrer Betriebsweise anzusteuern.
Zweckmäßigerweise hat die Basiseinheit einen hinteren Drehlagerabschnitt und einen vorderen Drehlagerabschnitt, wobei diese beiden Drehlagerabschnitte in der Achsrichtung der Hauptachse mit Abstand zueinander angeordnet sind. Die Basiseinheit ist mit jedem der beiden Drehlagerabschnitte an der Stützstruktur drehbar gelagert, um die Arbeits-Drehbewegung der Teleskopeinheit zu ermöglichen. Zwischen dem hinteren Drehlagerabschnitt und dem vorderen Drehlagerabschnitt erstreckt sich ein Linearführungsabschnitt der Basiseinheit, an dem die Schlitteneinheit linear verschieblich gelagert ist, um die Teleskopbewegung ausführen zu können. Zur linear verschiebbaren Lagerung sind geeignete Linearführungseinrichtungen vorhanden.
Es ist vorteilhaft, wenn das Teleskoparmglied einen hinteren axialen Endbereich aufweist, in dem die Drehantriebseinrichtung an der Stützstruktur befestigt ist. Der hintere axiale Endbereich des Teleskoparmgliedes ist dem vorderen axialen Endbereich des Teleskoparmgliedes axial entgegengesetzt. Die Drehantriebseinrichtung ist zur Erzeugung der Haupt-Drehbewegung antriebsmäßig mit der Basiseinheit verbunden, und zwar im Bereich des hinteren Drehlagerabschnittes. Die antriebsmäßige Verbindung kann eine direkte Verbindung oder eine Getriebeverbindung sein. Die Getriebeverbindung kann beispielsweise mittels eines Zahnradgetriebes oder mittels eines Zahnriemes realisiert sein.
Die Linearantriebseinrichtung ist zweckmäßigerweise als ein Bestandteil der Teleskopeinheit ausgebildet. Die Linearantriebseinrichtung hat eine erste Linearantriebskomponente, die an der Basiseinheit der Teleskopeinheit befestigt ist. Außerdem hat die Linearantriebseinrichtung eine zweite Linearantriebskomponente, die relativ zu der ersten Linearantriebskomponente zu einer linearen Antriebsbewegung antreibbar ist. Die zweite Linearantriebskomponente ist an einem Bestandteil der Schlitteneinheit befestigt, der die Montageschnittstelle für eine weitere Roboterkomponente aufweist. Wenn die Teleskopeinheit die Arbeits-Drehbewegung ausführt, macht die Linearantriebseinrichtung diese Arbeits-Drehbewegung unmittelbar mit.
Die Schlitteneinheit kann einstufig konzipiert sein, wobei sie nur einen einzigen Schlitten aufweist, der im Rahmen der Teleskopbewegung relativ zu der Basiseinheit linear hin und her bewegbar ist. Zugunsten eines größeren Hubes ist es jedoch vorteilhaft, wenn die Schlitteneinheit zweistufig teleskopbierbar ausgebildet ist. In diesem Fall hat die Schlitteneinheit einen äußeren Schlitten und einen inneren Schlitten, wobei der innere Schlitten an der Basiseinheit linear verschiebbar gelagert ist und wobei der äußere Schlitten an dem inneren Schlitten linear verschiebbar gelagert ist. In diesem Fall ist die Montageschnittstelle an dem äußeren Schlitten angeordnet. Der innere Schlitten stellt ein Bindeglied dar zwischen der Basiseinheit und dem äußeren Schlitten.
Die Montageschnittstelle ist durch die Teleskopbewegung variabel stufenlos in unterschiedlichen Hubpositionen entlang der Hauptachse positionierbar. In jeder Hubposition der Montageschnittstelle überlappen sich einerseits der äußere Schlitten und der innere Schlitten und andererseits der innere Schlitten und die Basiseinheit in der Achsrichtung der Hauptachse. Dadurch ergibt sich eine sehr stabile Anordnung.
Der innere Schlitten ist zweckmäßigerweise blockförmig ausgebildet. Bevorzugt ist der innere Schlitten von einem Hohlraum axial durchsetzt, durch den sich die Linearantriebseinrichtung hindurch erstrecken kann. Die Linearantriebseinrichtung hat somit die Möglichkeit, sich axial durch den inneren Schlitten hindurch zu erstrecken und auf der einen axialen Seite des inneren Schlittens an der Basiseinheit anzugreifen und auf der anderen axialen Seite des inneren Schlittens an dem äußeren Schlitten anzugreifen.
Der äußere Schlitten ist zweckmäßigerweise im Wesentlichen U-förmig profiliert. Dadurch hat er längsseits eine rinnenförmige Ausnehmung, in die der innere Schlitten eintaucht. Dadurch ist der innere Schlitten von dem äußeren Schlitten in dem axialen Überlappungsbereich reiterartig umschlossen.
Die Schlitteneinheit kann durch die Teleskopbewegung zwischen einer eingefahrenen Stellung und einer ausgefahrenen Stellung bewegt werden. Zwischen diesen beiden Stellungen sind beliebige Zwischenstellungen möglich. In ihrer eingefahrenen Stellung erstreckt sich die Schlitteneinheit zweckmäßigerweise auf gleicher axialer Höhe mit der Linearantriebseinrichtung, wobei die Linearantriebseinrichtung von der Schlitteneinheit radial außen zumindest teilweise umschlossen ist. Auf diese Weise kann das Teleskoparmglied eine sehr kurze Baulänge haben.
Vorzugsweise ist die Linearantriebseinrichtung eine pneumatische Linearantriebseinrichtung. Ihre Betätigung erfolgt mittels Druckluft. Eine pneumatische Linearantriebseinrichtung lässt sich energetisch günstig betreiben. Außerdem sind hohe Geschwindigkeiten und Beschleunigungen bei der Teleskopbewegung möglich. Grundsätzlich kann die Linearantriebseinrichtung aber auch eine elektrische Linearantriebseinrichtung sein.
Bei einer pneumatischen Bauform ist die Linearantriebseinrichtung vorzugsweise als ein mit Druckluft betätigbarer Pneumatikzylinder ausgebildet. Dieser Pneumatikzylinder hat eine an der Basiseinheit der Teleskopeinheit befestigte erste Linearantriebskomponente, die ein Zylindergehäuse aufweist. Außerdem hat der Pneumatikzylinder eine zweite Linearantriebskomponente, die pneumatisch zu einer linearen Antriebsbewegung relativ zu der ersten Linearantriebskomponente angetrieben werden kann. Die zweite Linearantriebskomponente hat eine Antriebsbaugruppe, die einen Antriebskolben und eine Kolbenstange aufweist. Der Antriebskolben ist in dem Zylindergehäuse angeordnet, wo er zwei Antriebskammern voneinander abtrennt. Die Kolbenstange ragt aus dem Zylindergehäuse heraus und ist an demjenigen Bestandteil der Schlitteneinheit befestigt, der die Montageschnittstelle aufweist. Zum Hervorrufen der Teleskopbewegung der Schlitteneinheit können die beiden Antriebskammern gesteuert mit Druckluft beaufschlagt werden. Bei einer zweistufig teleskopierbar ausgebildeten Schlitteneinheit ist die Kolbenstange an dem äußeren Schlitten befestigt.
Um die pneumatische Linearantriebseinrichtung mit Druckluft ansteuern zu können, ist sie an zwei Luftkanäle angeschlossen. Jeder Luftkanal ist zur Zufuhr und Abfuhr von Druckluft geeignet. Die Luftkanäle verlaufen in der Teleskopeinheit, sodass sie die Arbeits-Drehbewegung der Teleskopeinheit mitmachen. Eine pneumatische Kupplungseinrichtung erlaubt dennoch unabhängig von der Arbeits-Drehbewegung die pneumatische Ansteuerung von außen her. In diesem Zusammenhang erstrecken sich die Luftkanäle in eine koaxial zu der Hauptachse angeordnete Kupplungswelle der Teleskopeinheit hinein, an der sie peripher ausmünden. Die Kupplungswelle gehört zu der pneumatischen Kupplungseinrichtung. Zu der pneumatischen Kupplungseinrichtung gehört außerdem eine Kupplungshülse, die auf der Kupplungswelle sitzt, wobei die Kupplungswelle relativ zu der Kupplungshülse drehbar ist. Die Kupplungshülse hat Druckluftanschlüsse, die zum Anschließen externer Druckluftschläuche geeignet sind und die unabhängig von der Arbeits-Drehbewegung der Teleskopeinheit ständig mit jeweils einem der Luftkanäle in der Kupplungswelle kommunizieren. Auf diese Weise kann die Kupplungshülse mit den daran angeschlossenen Druckluftschläuchen unverdrehbar bleiben, auch wenn die Kupplungswelle zusammen mit der Teleskopeinheit rotiert. Die Kupplungswelle ist zweckmäßigerweise fest mit der Basiseinheit der Teleskopeinheit verbunden.
Die Drehantriebseinrichtung zur Erzeugung der Arbeits-Drehbewegung ist zweckmäßigerweise eine elektrische Drehantriebseinrichtung. Sie umfasst beispielsweise einen elektrischen Schrittmotor oder einen elektrischen Servomotor. Grundsätzlich kann die Drehantriebseinrichtung aber auch als pneumatische Drehantriebseinrichtung ausgeführt sein.
Besonders vorteilhaft ist die Ausgestaltung des Teleskoparmgliedes mit einer Hybridantriebstechnik, wobei zur Erzeugung der Teleskopbewegung eine pneumatische Linearantriebseinrichtung und zur Erzeugung der Arbeits-Drehbewegung eine elektrische Drehantriebseinrichtung vorhanden ist.
Die Stützstruktur des Teleskoparmgliedes ist zweckmäßigerweise rohrförmig ausgebildet. Dies ermöglicht eine schlanke Bauweise des Teleskoparmgliedes. Die Teleskopeinheit erstreckt sich im Innern der rohrförmigen Stützstruktur. Vorzugsweise ist die Teleskopeinheit in der eingefahrenen Stellung der Schlitteneinheit im Wesentlichen vollständig im Innern der rohrförmigen Stützstruktur aufgenommen.
Zur Erfassung der Drehposition der Montageschnittstelle ist das Teleskoparmglied zweckmäßigerweise mit einer geeigneten Erfassungseinrichtung ausgestattet. Die Erfassungseinrichtung ist insbesondere so ausgebildet, dass sie die relative Drehposition zwischen der Teleskopeinheit und der Stützstruktur erfassen kann. Bevorzugt enthält die Erfassungseinrichtung einen Encoder, der der Drehantriebseinrichtung zugeordnet ist. Die von dem Encoder gelieferten Drehpositionsdaten können einer elektronischen Steuereinrichtung zugeführt werden, um eine geregelte Drehpositionierung der Schlitteneinheit und somit der daran angebrachten Montageschnittstelle vorzunehmen.
Es ist von Vorteil, wenn das Teleskoparmglied eine Positionserfassungseinrichtung aufweist, die ausgebildet ist, um die von der Montageschnittstelle relativ zu der Stützstruktur eingenommene axiale Hubposition zu erfassen. Die durch die Positionserfassungseinrichtung ermittelten Positionsdaten können von einer elektronischen Steuereinrichtung genutzt werden, um eine lagegeregelte Linearpositionierung der Schlitteneinheit und somit der daran angebrachten Montageschnittstelle vorzunehmen.
Eine bevorzugte Positionserfassungseinrichtung hat ein längsgeschlitztes Führungsgehäuse, das außen an der Stützstruktur so angebracht ist, dass es sich parallel zu der Hauptachse erstreckt. In dem Führungsgehäuse befindet sich ein linear verschiebbarer Läufer, an dem ein Mitnehmer angebracht ist, der durch einen Längsschlitz des Führungsgehäuses hindurchragt. Der Mitnehmer ist mit einer außerhalb des Führungsgehäuses angeordneten Koppelstange fest verbunden, die an demjenigen Bestandteil der Schlitteneinheit angebracht ist, der die Montageschnittstelle aufweist. Der Läufer hat einen Permanentmagnet, der sich bei der Teleskopbewegung der Schlitteneinheit zusammen mit dem Läufer entlang einer Wegstrecke bewegt, die als Positionserfassungsstrecke bezeichnet wird. Außen an dem Führungsgehäuse ist ein sich entlang der Positionserfassungsstrecke des Permanentmagneten erstreckender Positionssensor angeordnet, der berührungslos auf den Permanentmagnet anspricht. Auf diese Weise kann kontinuierlich, direkt und berührungslos die Hubposition der Montageschnittstelle und somit auch die Hubposition eines an der Montageschnittstelle befestigten Endeffektors erfasst werden.
Die Tragstruktur des Roboters hat zweckmäßigerweise einen Sockel und einen an dem Sockel verschwenkbar gelagerten Tragarm. Der Tragarm ist bezüglich des Sockels zweckmäßigerweise um eine horizontale Drehachse verdrehbar. Das Teleskoparmglied ist mit seiner Stützstruktur in einem Abstand zu dem Sockel verschwenkbar an dem Tragarm gelagert. Die Drehachse für diese Schwenkbewegung verläuft zweckmäßigerweise ebenfalls horizontal.
Bei einer bevorzugten Ausgestaltung hat der Roboterarm nur ein einziges Armglied, und zwar das Teleskoparmglied. In diesem Fall ist an der Montageschnittstelle ein Endeffektor entweder direkt oder unter Zwischenschaltung eines Endeffektorträgers angeordnet. Der Endeffektorträger kann mindestens einen zusätzlichen Drehfreiheitsgrad definieren, um den daran angebrachten Endeffektor beispielsweise relativ zu der Montageschnittstelle zusätzlich verschwenken zu können.
Der Roboterarm kann abhängig von der gewählten Anwendung alternativ mit unterschiedlichen Endeffektoren bestückt werden. Mögliche Ausgestaltungen von Endeffektoren sind beispielsweise Greifvorrichtungen, Messvorrichtungen oder Schweißvorrichtungen.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand der beiliegenden Zeichnung näher erläutert. In dieser zeigen:

1 eine Seitenansicht einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Roboters mit nur schematisch angedeuteter Tragstruktur,
2 eine Rückansicht des Roboterarms mit Blickrichtung gemäß Pfeil II aus 1,
3 eine isometrische Einzeldarstellung des Roboterarms gemäß Ausschnitt III aus 1 bei eingefahrener Schlitteneinheit,
4 den Roboterarm gemäß 3 bei ausgefahrener Schlitteneinheit,
5 wiederum den Roboterarm bei ausgefahrener Schlitteneinheit und teilweise längs geschnitten,
6 einen Querschnitt des Roboterarms gemäß Schnittlinie VI-VI aus 5,
7 den Roboterarm in einem Längsschnitt gemäß Schnittlinie VII-VII aus 10 und in einer im Vergleich zu 1 um 180 Grad verdrehten Ausrichtung, wobei ein strichpunktiert umrahmter Ausschnitt separat auch nochmals vergrößert abgebildet ist,
8 einen Längsschnitt des Roboterarms analog der 7 in einer nur teilweise ausgefahrenen Zwischenstellung der Schlitteneinheit,
9 einen Längsschnitt des Roboterarms analog der 7 und 8 im ausgefahrenen Zustand der Schlitteneinheit,
10 einen weiteren Längsschnitt des Roboterarms gemäß Schnittlinie X-X aus 7 bei eingefahrener Schlitteneinheit, und
11 die Anordnung aus 10 in der ausgefahrenen Stellung der Schlitteneinheit, wobei ein strichpunktiert umrahmter Ausschnitt separat auch nochmals vergrößert abgebildet ist.

Der mit Bezugsziffer 1 bezeichnete Roboter hat eine nur schematisch angedeutete Tragstruktur 2 und einen Roboterarm 3, der an der Tragstruktur 2 befestigt ist. Mit Hilfe der Tragstruktur 2 ist der Roboterarm 3 in mehreren Freiheitsgraden beweglich.
Beispielhaft hat die Tragstruktur 2 einen Sockel 4 und einen an dem Sockel 4 verschwenkbar gelagerten Tragarm 5. Der Tragarm 5 ragt ausgehend von dem Sockel 4 nach oben. Der Sockel 4 ist an einem Untergrund 6 befestigt.
Der Tragarm 5 ist um eine erste Drehachse 7 relativ zu dem Sockel 4 verschwenkbar. Der Roboterarm 3 ist an dem Tragarm 5 um eine zweite Drehachse 8 verschwenkbar gelagert. Beide Drehachsen 7, 8 verlaufen beim Ausführungsbeispiel horizontal und parallel zueinander. Eine durch einen Doppelpfeil angedeutete Schwenkbewegung 12 des Tragarmes 5 bezüglich des Sockels 4 kann durch eine gestrichelt angedeutete erste Antriebseinrichtung 13 hervorgerufen werden. Eine ebenfalls gestrichelt angedeutete zweite Antriebseinrichtung 14 ermöglicht es, den Roboterarm 3 zu einer durch einen Doppelpfeil angedeuteten Schwenkbewegung 15 um die zweite Drehachse 8 anzutreiben.
Bevorzugt ist die Tragstruktur 2 so ausgebildet, dass der Roboterarm 3 auch um eine vertikale dritte Drehachse 9 verschwenkbar ist. Die zugehörige Schwenkbewegung 16 ist durch einen Doppelpfeil angedeutet. Die dritte Drehachse 9 ist dadurch realisiert, dass der Sockel 4 ein an dem Untergrund 6 befestigtes Basisteil 4a hat, an dem ein Drehteil 4b des Sockels drehbar gelagert ist, wobei der Tragarm 5 unter Definition der ersten Drehachse 7 an dem Drehteil 4b gelagert ist. Eine dem Sockel 4 zugeordnete dritte Antriebseinrichtung 17, gestrichelt angedeutet ist, ermöglicht die Erzeugung der Schwenkbewegung 16 um die dritte Drehachse 9.
Die geschilderte Ausgestaltung der Tragstruktur 2 ist besonders vorteilhaft. Abweichende Bauformen der Tragstruktur 2 sind jedoch ebenfalls möglich.
Der Roboterarm 3 hat ein Armglied, das aufgrund einer integrierten Teleskopfunktion als Teleskoparmglied 18 bezeichnet wird. Das Teleskoparmglied 18 hat eine strichpunktiert angedeutete imaginäre Hauptachse 22, bei der es sich um die Längsachse des Teleskoparmgliedes 18 handelt.
Das Teleskoparmglied 18 hat eine starre Stützstruktur 23. Die Stützstruktur 23 ist bevorzugt rohrförmig ausgebildet. Die Längsachse der Stützstruktur 23 fällt mit der Hauptachse 22 zusammen.
Der Roboterarm 3 ist über die Stützstruktur 23 des Teleskoparmgliedes 18 mit der Tragstruktur 2 verbunden. Diese Verbindung ist exemplarisch so ausgeführt, dass die zweite Drehachse 8 gebildet wird.
Bei dem Teleskoparmglied 18 handelt es sich vorzugsweise um das einzige Armglied des Roboterarmes 3. Grundsätzlich kann der Roboterarm 3 aber auch mehrere gelenkig miteinander verbundene Armglieder haben, von denen eines von dem Teleskoparmglied 18 gebildet ist. In diesem Fall kann die Stützstruktur 23 des Teleskoparmgliedes 18 unter Zwischenschaltung eines weiteren Armgliedes mit der Tragstruktur 2 verbunden sein.
Die Achsrichtung der Hauptachse 22 wird im Folgenden auch als Hauptachsrichtung 22 bezeichnet. Das Teleskoparmglied 18 hat einen in der Hauptachsrichtung 22 weisenden vorderen axialen Endbereich 24 und einen hierzu entgegengesetzten hinteren axialen Endbereich 25. In dem vorderen axialen Endbereich 24 weist das Teleskoparmglied 18 eine Montageschnittstelle 26 auf, die ausgebildet ist, um eine weitere Roboterkomponente 27 anzubauen.
In der Zeichnung ist schematisch eine weitere Roboterkomponente 27 illustriert, bei der es sich um einen Endeffektorträger 27a handelt. Der Endeffektorträger 27a hat eine Endeffektorschnittstelle, an der in lösbarer Weise ein nur schematisch angedeuteter Endeffektor 27b montierbar oder montiert ist. Der Endeffektor 27b ist insbesondere als eine Greifvorrichtung ausgebildet. Mit einer Greifvorrichtung können Objekte ergriffen, umpositioniert und wieder losgelassen werden.
Der Endeffektorträger 27a kann mindestens einen integrierten eigenen Freiheitsgrad haben, durch den es möglich ist, den Endeffektor 27b relativ zu dem Endeffektorträger 27a zu verschwenken.
Die weitere Roboterkomponente 27 kann auch unmittelbar ein Endeffektor 27b sein. In diesem Fall fungiert die Montageschnittstelle 26 direkt als eine Endeffektorschnittstelle.
Das Teleskoparmglied 18 hat zusätzlich zu der Stützstruktur 23 eine mehrteilige Teleskopeinheit 28. Die Teleskopeinheit 28 erstreckt sich zweckmäßigerweise im Innern der rohrförmigen Stützstruktur 23.
Die Teleskopeinheit 28 ist als Ganzes relativ zu der Stützstruktur 23 um eine Drehachse 32 drehbar, die zur besseren Unterscheidung als Haupt-Drehachse 32 bezeichnet wird. Diese Haupt-Drehachse 32 erstreckt sich in der Hauptachsrichtung 22. Sie fällt zweckmäßigerweise mit der Längsachse der Stützstruktur 23 zusammen.
Die Teleskopeinheit 28 hat eine Basiseinheit 33. Die Drehlagerung der Teleskopeinheit 28 an der Stützstruktur 23 erfolgt an der Basiseinheit 33. In der Hauptachsrichtung 22 ist die Basiseinheit 33 relativ zu der Stützstruktur 23 unbeweglich.
Für die Drehlagerung bezüglich der Stützstruktur 23 hat die Basiseinheit 23 einen dem vorderen axialen Endbereich 24 zugeordneten vorderen Drehlagerabschnitt 34 und einen dem hinteren axialen Endbereich 25 zugeordneten hinteren Drehlagerabschnitt 35. Die Drehlagerabschnitte 34, 35 sind insbesondere als ringförmige Wälzlager oder Gleitlager ausgebildet, die koaxial zu der Haupt-Drehachse 32 angeordnet sind.
Die beiden Drehlagerabschnitte 34, 35 sind durch einen Linearführungsabschnitt 36 der Basiseinheit 33 starr miteinander verbunden. Der Linearführungsabschnitt 36 ist bevorzugt plattenförmig ausgebildet.
Das Teleskoparmglied 18 hat eine Drehantriebseinrichtung 38, die nur in einigen der Figuren gezeigt ist. Die Drehantriebseinrichtung 38 ist derart antriebsmäßig mit der Basiseinheit 33 verbunden, dass sie die Basiseinheit 33 und somit die gesamte Teleskopeinheit 28 zu einer durch einen Doppelpfeil angedeuteten Arbeits-Drehbewegung 42 um die Haupt-Drehachse 32 antrieben kann. Die Arbeits-Drehbewegung 42 ist bidirektional und kann wahlweise im Uhrzeigersinn oder entgegen des Uhrzeigersinns orientiert sein.
Die Drehantriebseinrichtung 38 ist bevorzugt in dem hinteren axialen Endbereich 35 außen an der Stützstruktur 23 angeordnet. Die Drehantriebsvorrichtung 38 ist bevorzugt über eine Flanschplatte 43 an der Stützstruktur 23 fixiert.
Bevorzugt hat die Basiseinheit 33 eine Antriebswelle 44, die in dem hinteren axialen Endbereich 25 aus der Stützstruktur 23 herausragt. Mit dieser Antriebswelle 44 ist die Drehantriebseinrichtung 38 antriebsmäßig gekoppelt. Dies geschieht zweckmäßigerweise über ein Getriebe 45. Durch das Getriebe 45 kann eine Übersetzung realisiert werden.
Exemplarisch ist als Getriebe 45 ein Riemengetriebe 45a vorhanden. Dieses Riemengetriebe 45a ist dadurch realisiert, dass ein Zahnriemen 46 um ein erstes Zahnrad 46a der Drehantriebseinrichtung 38 und um ein auf der Antriebswelle 44 sitzendes zweites Zahnrad 46b herumgeschlungen ist. Die Drehantriebseinrichtung 38 kann das erste Zahnrad 46a in beiden Drehrichtungen zu einer durch einen Doppelpfeil illustrierten rotativen Antriebsbewegung 47 antrieben, die über den Zahnriemen 46 auf das zweite Zahnrad 46b und somit auf die Basiseinheit 33 übertragen wird. Auf diese Weise ist die Arbeits-Drehbewegung 42 hervorrufbar.
Die Drehantriebseinrichtung 38 ist zweckmäßigerweise von einem elektrisch betätigbaren Typ. Beim Ausführungsbeispiel ist sie von einem Servomotor gebildet. Sie ist durch eine nur schematisch angedeutete elektronische Steuereinheit 48 des Roboters 1 betriebsmäßig ansteuerbar.
Bevorzugt ist der Drehantriebseinrichtung 38 ein Encoder zugeordnet, der ebenfalls mit der elektronischen Steuereinheit 48 kommuniziert und der der elektronischen Steuereinheit 48 Informationen über die momentane Drehposition der Teleskopeinheit 28 übermittelt. Auf diese Weise ist eine exakt geregelte Drehpositionierung der Teleskopeinheit 28 bezüglich der Stützstruktur 23 möglich.
Die Teleskopeinheit 28 hat als weiteren Bestandteil eine Schlitteneinheit 37, die an der Basiseinheit 33 verschiebbar gelagert ist, sodass sie relativ zu der Basiseinheit 33 eine Linearbewegung in der Hauptachsrichtung 22 ausführen kann. Diese Linearbewegung wird als Teleskopbewegung 52 bezeichnet und ist durch einen Doppelpfeil illustriert. Da die Basiseinheit 33 axial unbeweglich an der Stützstruktur 23 angeordnet ist, erfolgt die Teleskopbewegung 52 der Schlitteneinheit 37 auch relativ zu der Stützstruktur 23.
Die verschiebbare Lagerung der Schlitteneinheit 37 bezüglich der Basiseinheit 33 erfolgt exemplarisch an dem Linearführungsabschnitt 36 der Basiseinheit 33.
Die Montageschnittstelle 26 befindet sich an der Schlitteneinheit 37. Somit macht die Montageschnittstelle 26 die Teleskopbewegung 52 unmittelbar mit.
Zur Erzeugung der Teleskopbewegung 52 ist das Teleskoparmglied mit einer Linearantriebseinrichtung 53 ausgestattet. Die Linearantriebseinrichtung 53 ist zweckmäßigerweise ein Bestandteil der Teleskopeinheit 28, sodass sie die Arbeits-Drehbewegung 42 stets mitmacht.
Die Schlitteneinheit 37 hat als einzigen Bewegungsfreiheitsgrad bezüglich der Basiseinheit 33 die Verschiebbarkeit in der Hauptachsrichtung 22. Die Schlitteneinheit 37 ist insbesondere unverdrehbar an der Basiseinheit 33 angeordnet. Die gilt auch für die Montageschnittstelle 26, die ein fester Bestandteil der Schlitteneinheit 37 ist.
Die Schlitteneinheit 37 ist bevorzugt zweistufig teleskopierbar ausgebildet. Hierzu hat sie einen äußeren Schlitten 54 und einen inneren Schlitten 55. Die beiden Schlitten 54, 55 sind relativ zueinander und jeweils auch relativ zu der Basiseinheit 33 in der Hauptachsrichtung 22 verschiebbar.
Konkret ist der innere Schlitten 55 an der Basiseinheit 33 verschiebbar gelagert, während der äußere Schlitten 54 am inneren Schlitten 55 verschiebbar gelagert ist. Die verschiebbare Lagerung des inneren Schlittens 54 erfolgt an dem Linearführungsabschnitt 36. Exemplarisch sind an dem Linearführungsabschnitt 36 mehrere axial zueinander beabstandete erste Linearführungseinheiten 56 fest angebracht, in denen erste Führungsschienen 57 laufen, die sich in der Hauptachsrichtung 22 erstrecken und die an dem inneren Schlitten 55 angebracht sind. Der äußere Schlitten 54 ist dadurch an dem inneren Schlitten 55 verschiebbar gelagert, dass an dem äußeren Schlitten 54 mehrere zweite Linearführungseinheiten 58 angebracht sind, in denen zweite Führungsschienen 59 laufen, die wiederum an dem inneren Schlitten 55 angeordnet sind.
Bevorzugt ist der innere Schlitten 55 blockförmig ausgebildet. Er hat beim Ausführungsbeispiel die äußere Form eines langegestreckten Quaders. Die ersten und zweiten Führungsschienen 57, 59 sind an der Außenfläche des blockförmigen inneren Schlittens 55 angebracht. Sie erstrecken sich zweckmäßigerweise jeweils über die gesamte axiale Länge des inneren Schlittens 55.
Die Montageschnittstelle 26 befindet sich an dem äußeren Schlitten 54. Sie ist dort insbesondere an der in der Hauptachsrichtung 22 weisenden Vorderseite ausgebildet.
Die Linearantriebseinrichtung 53 ist antriebsmäßig zwischen die Basiseinheit 33 und den äußeren Schlitten 54 eingegliedert, sodass sie die Antriebskraft, soweit die Schlitteneinheit 37 betroffen ist, in den äußeren Schlitten 54 einleitet. Der innere Schlitten 55 dient nur dazu, den maximalen Hub zwischen einer bezüglich der Stützstruktur 23 eingefahrenen Stellung und einer bezüglich der Stützstruktur 23 ausgefahrenen Stellung zu vergrößern, wobei die axiale Länge des Teleskoparmgliedes 18 in der eingefahrenen Stellung relativ gering ist.
Die Basiseinheit 33 erstreckt sich im Innern der rohrförmigen Stützstruktur 23 zwischen dem vorderen axialen Endbereich 24 und dem hinteren axialen Endbereich 25. In der eingefahrenen Stellung der Schlitteneinheit 37, die beispielsweise aus den 3, 7 und 10 ersichtlich ist, sind auch der innere Schlitten 55 und der äußere Schlitten 54 zumindest im Wesentlichen in die rohrförmige Stützstruktur 23 eingefahren. Im eingefahrenen Zustand der Schlitteneinheit 37 beschränkt sich die axiale Länge des Teleskoparmgliedes 18 somit im Wesentlichen auf die axiale Länge der Stützstruktur 23.
In der eingefahrenen Stellung der Schlitteneinheit 37 überlappen sich die Basiseinheit 33 und die beiden Schlitten 54, 55 in der axialen Richtung. Dabei ist die Schlitteneinheit 37 zumindest im Wesentlichen auf gleicher axialer Höher mit der Basiseinheit 33 angeordnet.
In der ausgefahrenen Stellung der Schlitteneinheit 37 liegt ein maximaler axialer Abstand zwischen der Montageschnittstelle 26 und der Stützstruktur 23 vor. Dieser Zustand ist beispielsweise in den 9 und 11 illustriert. In dieser ausgefahrenen Stellung überlappt sich der innere Schlitten 55 sowohl mit der Basiseinheit 33 als auch mit dem äußeren Schlitten 54. Exemplarisch erstreckt sich die rückwärtige Hälfte des inneren Schlittens 55 entlang der Basiseinheit 33, während sich die vordere Hälfte des inneren Schlittens 55 entlang des äußeren Schlittens 54 erstreckt.
In den Zwischenstellungen zwischen der eingefahrenen Stellung und der ausgefahrenen Stellung der Schlitteneinheit 37 kann der innere Schlitten 55 unterschiedliche Relativpositionen bezüglich der Basiseinheit 33 und dem äußeren Schlitten 54 einnehmen. Beispielsweise ist eine aus 8 ersichtliche mittlere Zwischenstellung möglich, in der der äußere Schlitten 54 zur Hälfte aus der Stützstruktur 23 ausgefahren ist, wobei sich der innere Schlitten 55 mit seiner gesamten Länge längsseits neben dem äußeren Schlitten 54 erstreckt.
Der äußere Schlitten 54 hat einen in der Hauptachsrichtung 22 nach vorne weisenden vorderen Schlittenendabschnitt 62. Der vordere Schlittenendabschnitt 62 ist beispielsweise plattenförmig oder scheibenförmig ausgebildet. An dem vorderen Schlittenendabschnitt 62 ist zweckmäßigerweise die Montageschnittstelle 26 ausgebildet, die beispielsweise eine axial von der Stützstruktur 23 wegweisende Montagefläche und mehrere in der Montagefläche ausgebildete Montagebohrungen aufweist. Die weitere Roboterkomponente 27 kann an die Montagefläche angesetzt und mittels der Montagebohrungen lösbar angeschraubt werden.
Der äußere Schlitten 54 ist zweckmäßigerweise im Wesentlichen U-förmig profiliert. Die U-förmige Profilierung bezieht sich auf einen Hauptabschnitt 63 des äußeren Schlittens 54, der sich ausgehend von dem vorderen Schlittenendabschnitt 62 axial in Richtung zum hinteren axialen Endbereich 25 des Teleskoparmgliedes 18 erstreckt. Der U-förmige Querschnitt des Hauptabschnittes 63 ist in 6 gut zu erkennen.
Aus der U-förmigen Profilierung resultiert eine rinnenförmige Ausnehmung 64, die sich in der Längsrichtung des äußeren Schlittens 54 erstreckt. In diese rinnenförmige Ausnehmung 64 taucht der innere Schlitten 55 axial ein. Der in die rinnenförmige Ausnehmung 64 eintauchende Längenabschnitt des inneren Schlittens 55 wird von dem Hauptabschnitt 63 an seinem Außenumfang reiterartig partiell umschlossen. Diese Gestaltung begünstigt die schon beschriebene Anordnung in der eingefahrenen Stellung der Schlitteneinheit 37, in der die Basiseinheit 33 und beide Schlitten 54, 55 mit im Wesentlichen gleicher Länge koaxial ineinander eingefahren sind.
In ihrer eingefahrenen Stellung ist die Schlitteneinheit 37 zweckmäßigerweise zumindest im Wesentlichen vollständig im Innern der rohrförmigen Stützstruktur 23 aufgenommen.
In der eingefahrenen Stellung der Schlitteneinheit 37 nimmt die Montageschnittstelle 26 eine eingefahrene Hubposition ein. In der ausgefahrenen Stellung der Schlitteneinheit 37 nimmt die Montageschnittstelle 26 eine ausgefahrene Hubposition ein. In den Zwischenstellungen der Schlitteneinheit 37 nimmt die Montageschnittstelle 26 jeweils eine Zwischen-Hubposition ein.
Die Linearantriebseinrichtung 53 hat eine erste Linearantriebskomponente 65, die an der Basiseinheit 33 befestigt ist. Bevorzugt ist die erste Linearantriebskomponente 65 im hinteren axialen Endbereich 25 des Teleskoparmgliedes 18 an dem hinteren Drehlagerabschnitt 35 der Basiseinheit 33 fixiert.
Die Linearantriebseinrichtung 53 hat außerdem eine zweite Linearantriebskomponente 66, die an demjenigen Bestandteil der Schlitteneinheit 37 befestigt ist, der die Montageschnittstelle 26 aufweist. Bei einer zweistufig teleskopierbaren Schlitteneinheit 37 gemäß dem Ausführungsbeispiel ist die zweite Linearantriebskomponente 66 an dem äußeren Schlitten 54 befestigt, da an diesem äußeren Schlitten 54 die Montageschnittstelle 26 angeordnet ist. Bevorzugt und entsprechend des Ausführungsbeispiels ist die zweite Linearantriebskomponente 66 an dem vorderen Schlittenendabschnitt 62 des äußeren Schlittens 54 befestigt.
Durch eine Betätigung der Linearantriebseinrichtung 53 kann die zweite Linearantriebskomponente 66 zu einer durch einen Doppelpfeil angedeuteten linearen Antriebsbewegung 67 angetrieben werden. Die lineare Antriebsbewegung 67 verläuft in der Hauptachsrichtung 22 und ist in beiden axialen Richtungen möglich. Die lineare Antriebsbewegung 67 der zweiten Linearantriebskomponente 66 ist eine Relativbewegung bezüglich der ersten Linearantriebskomponente 65.
Aus der linearen Antriebsbewegung 67 resultiert unmittelbar die Teleskopbewegung 52, die wiederum eine gleichgerichtete simultane Hubbewegung 68 der Montageschnittstelle 26 zur Folge hat. Durch die Hubbewegung 68 kann die Montageschnittstelle 26 wahlweise in der eingefahrenen Hubposition oder in der ausgefahrenen Hubposition oder in einer beliebigen Zwischen-Hubposition positioniert werden.
Exemplarisch erstreckt sich die Linearantriebseinrichtung 53 im Innern der Teleskopeinheit 28 zwischen dem hinteren Drehlagerabschnitt 65 und dem vorderen Schlittenendabschnitt 62. Dabei erstreckt sie sich axial durch den inneren Schlitten 55 hindurch, der zu diesem Zweck von einem kanalartigen Hohlraum 72 axial durchsetzt ist.
Wie aus den 7 und 10 ersichtlich ist, liegt die Schlitteneinheit 37 in der eingefahrenen Stellung zumindest im Wesentlichen auf gleicher axialer Höhe mit der Linearantriebseinrichtung 53. Dabei ist die Linearantriebseinrichtung 53 von der Schlitteneinheit 37 radial außen zumindest teilweise umschlossen.
Die axiale Länge der ersten Linearantriebskomponente 65 entspricht zweckmäßigerweise der axialen Länge der Basiseinheit 33. Die axiale Relativposition zwischen der ersten Linearantriebskomponente 65 und der Basiseinheit 33 ist stets konstant.
Die zweite Linearantriebskomponente 66 hat eine geringfügig größere Länge als die erste Linearantriebskomponente 65. Die zweite Linearantriebskomponente 66 kann beim Ausführungsbeispiel eine in die erste Linearantriebskomponente 65 eingefahrene Stellung und eine aus der zweiten Linearantriebskomponente 66 ausgefahrene Stellung einnehmen. Zwischenstellungen sind ebenfalls möglich. In jeder ihrer Stellungen ragt die erste Linearantriebskomponente 65 mit einem vorderen Befestigungsabschnitt 73 aus der ersten Linearantriebskomponente 65 heraus, wobei sie mit dem vorderen Befestigungsabschnitt 73 an dem vorderen Schlittenendabschnitt 62 befestigt ist.
Die Linearantriebseinrichtung 53 kann prinzipiell von einem elektrisch betätigbaren Typ sein. Bevorzugt ist sie allerdings als pneumatische Linearantriebseinrichtung 53 ausgebildet, die mittels Druckluft betätigt wird. Dies trifft auf das illustrierte Ausführungsbeispiel zu.
Die beispielhafte pneumatische Linearantriebseinrichtung 53 ist als ein Pneumatikzylinder 53a ausgebildet. Die erste Linearantriebskomponente 65 ist hierbei von einem Zylindergehäuse 65a gebildet. Die zweite Linearantriebskomponente 66 besteht aus einer Antriebsbaugruppe 66a, die einen Antriebskolben 74 und eine an dem Antriebskolben 74 angebrachte Kolbenstange 75 aufweist. Der Antriebskolben 74 befindet sich in dem Zylindergehäuse 65a, wobei er den Innenraum des Zylindergehäuses 65a axial und unter Abdichtung in eine hintere Antriebskammer 76 und eine vordere Antriebskammer 77 unterteilt. Dies ist besonders gut aus dem vergrößerten Ausschnitt der 7 ersichtlich.
Die Kolbenstange 75 ist an dem Antriebskolben 74 angebracht, wobei sie an der Vorderseite des Zylindergehäuses 65a herausragt und mit ihrem äußeren Endabschnitt, der den vorderen Befestigungsabschnitt 73 bildet, an dem äußeren Schlitten 54 befestigt ist.
Die beiden Antriebskammern 76, 77 sind jeweils an einen von zwei Luftkanälen 76a, 77a angeschlossen. Beide Luftkanäle 76a, 77a durchsetzen die Teleskopeinheit 28 und erstrecken sich in die Antriebswelle 44 hinein. Der Antriebswelle 44 ist eine pneumatische Kupplung 78 zugeordnet, durch die hindurch eine Druckluftzufuhr und eine Druckluftabfuhr bezüglich eines jeden der beiden Luftkanäle 76a, 77a möglich ist. Auf diese Weise können die beiden Antriebskammern 76, 77 gesteuert mit Druckluft beaufschlagt werden, um durch Einwirkung auf den Antriebskolben 74 die lineare Antriebsbewegung 67 der Antriebsbaugruppe 66a hervorzurufen.
Im Zusammenhang mit der pneumatischen Kupplung 78 übernimmt die Antriebswelle 44 zugleich auch die Funktion einer Kupplungswelle 82. Die beiden Luftkanäle 76a ,77a münden mit axialem Abstand zueinander zur radialen Außenfläche der Kupplungswelle 62 aus und kommunizieren jeweils mit einer von zwei Ringnuten, die in einer Kupplungshülse 83 der pneumatischen Kupplung 78 ausgebildet sind. Die Kupplungshülse 83 ist axial unbeweglich auf die Kupplungswelle 82 aufgesteckt, wobei die Kupplungswelle 82 in der Kupplungshülse 83 drehbar ist.
Wenn die Teleskopeinheit 28 die Arbeits-Drehbewegung 42 ausführt, verdreht sich die Kupplungswelle 82 in der nicht rotierenden Kupplungshülse 83.
Die Kupplungshülse 83 ist mit zwei Druckluftanschlüssen 84 versehen, die jeweils mit einer der oben genannten Ringnuten der Kupplungshülse 83 kommunizieren. Die Druckluftanschlüsse 84 sind so ausgebildet, dass Druckluftschläuche 85 daran befestigt werden können.
Die pneumatische Kupplung 78 sorgt dafür, dass jeder der beiden Druckluftanschlüsse 84 unabhängig von der Drehposition der Teleskopeinheit 28 ständig mit einem der Luftkanäle 76a, 77a verbunden ist.
Die Druckluftschläuche 85 führen zu einer in 1 angedeuteten, elektrisch betätigbaren Ventileinrichtung 86. Die Ventileinrichtung 86 ist mit einer Druckluftquelle und mit der Atmosphäre verbunden. Die Ventileinrichtung 86 ist elektrisch an die elektronische Steuereinrichtung 48 angeschlossen und kann durch diese elektronische Steuereinheit 48 betätigt werden, um die gewünschte gesteuerte Druckluftbeaufschlagung der beiden Antriebskammern 76, 77 hervorzurufen.
Abweichend von dem illustrierten bevorzugten Ausführungsbeispiel kann die Schlitteneinheit 77 auch nur einstufig teleskopierbar ausgeführt sein. In diesem Fall enthält sie den äu-βeren Schlitten 54 als einzigen Schlitten, wobei der äußere Schlitten 54 direkt an der Basiseinheit 33 verschiebbar gelagert ist. Der Aufbau ist dann einfacher, wobei allerdings auch der maximale Hub der Montageschnittstelle 26 geringer ist.
Es ist zweckmäßig, wenn das Teleskoparmglied 18 eine Positionserfassungseinrichtung 87 aufweist, die ausgebildet ist, um die momentane axiale Hubposition der Montageschnittstelle 26 zu erfassen.
Die Positionserfassungseinrichtung 87 ist zumindest während des Betriebes des Roboters 1 gemäß der Illustration in 1 an die elektronische Steuereinheit 48 angeschlossen. Die elektronische Steuereinheit 48 empfängt von der Positionserfassungseinrichtung 87 Positionsdaten hinsichtlich der momentanen axialen Hubposition der Montageschnittstelle 26.
Die Positionserfassungseinrichtung 87 ist insbesondere so ausgebildet, dass die axiale Hubposition der Montageschnittstelle 26 berührungslos erfasst wird.
Bei dem illustrierten bevorzugten Ausführungsbeispiel hat die Positionserfassungseinrichtung 87 ein Führungsgehäuse 88, das am radialen Außenumfang der rohrförmigen Stützstruktur 23 montiert ist. Das Führungsgehäuse 88 hat eine Längserstreckung und ist mit seiner Längsachse parallel zu der Hauptachse 22 ausgerichtet. Die axiale Länge des Führungsgehäuses 88 entspricht mindestens dem maximalen Hub der zweiten Linearantriebskomponente 66.
Das Führungsgehäuse 88 ist längs geschlitzt. Es hat an einer Stelle seines Umfanges einen die Gehäusewand radial durchsetzenden Längsschlitz 92. Der Längsschlitz 92 verbindet einen längs verlaufenden Innenraum 93 des Führungsgehäuses 88 mit der Außenseite des Führungsgehäuses 88.
In dem Innenraum 93 ist ein Läufer 94 axial verschiebbar gelagert. An dem Läufer 94 ist ein Mitnehmer 95 angebracht, der den Längsschlitz 92 durchsetzt und der außerhalb des Führungsgehäuses 88 mit einer Koppelstange 96 verbunden ist, die an dem äußeren Schlitten 54 angebracht ist.
Der Läufer 94 bildet zusammen mit der Koppelstange 96 ein Kopplungsglied 97, das die Teleskopbewegung 52 unmittelbar mitmacht.
Der Läufer 94 weist einen Permanentmagnet 98 auf. Bei der Teleskopbewegung 52 bewegt sich der Permanentmagnet 98 gemeinsam mit dem Läufer 94 entlang einer Wegstrecke, die als Positionserfassungsstrecke bezeichnet werden kann.
Außen an dem Führungsgehäuse 88 ist ein Positionssensor 99 der Positionserfassungseinrichtung 87 angebracht, der eine Längserstreckung hat und dessen Länge zumindest der Länge der Positionserfassungsstrecke entspricht. Der Positionssensor 99, der beispielsweise mehrere individuelle Hall-Sensoren beinhaltet oder auf einer magnetostriktiven Basis arbeitet, ist durch das Magnetfeld des Permanentmagneten 98 berührungslos betätigbar. Der Positionssensor 99 gibt an einem Signalausgang 100 kontinuierlich Positionsdaten aus, die der momentanen Hubposition der Montageschnittstelle 26 entsprechen und die der elektronischen Steuereinheit 48 über ein Verbindungskabel zugeführt werden.
Die Koppelstange 96 ist vorzugsweise an dem vorderen Schlittenendabschnitt 62 des äußeren Schlittens 54 befestigt. In der eingefahrenen Stellung der Schlitteneinheit 37 erstreckt sich die Koppelstange 96 parallel neben dem Führungsgehäuse 88 und dem Positionssensor 99. Je weiter sich bei der Teleskopbewegung 52 die Montageschnittstelle 26 von der Stützstruktur 23 axial entfernt, desto weiter ragt die Koppelstange 96 nach vorne über das Führungsgehäuse 88 und den Positionssensor 99 hinaus.
Durch die elektronische Steuereinheit 48 kann das Teleskoparmglied 18 so angesteuert werden, dass die Teleskopeinheit 28 einschließlich der Schlitteneinheit 37 und der daran befindlichen Montageschnittstelle 26 die Arbeits-Drehbewegung 42 ausführt. Außerdem ist eine dahingehende Ansteuerung möglich, dass die Schlitteneinheit 37 einschließlich der Montageschnittstelle 26 die Teleskopbewegung 52 ausführt. Die elektronische Steuereinheit 28 kann eine dahingehende Ansteuerung bewirken, dass die Arbeits-Drehbewegung 42 und die Teleskopbewegung 52 zeitlich aufeinanderfolgend oder auch zeitgleich stattfinden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102010013617 B4 [0002]

Claims

Roboter, mit einer Tragstruktur (2) und mit einem von der Tragstruktur (2) getragenen beweglichen Roboterarm (3), wobei der Roboterarm (3) ein Armglied umfasst, das sich entlang einer imaginären Hauptachse (22) erstreckt, wobei das Armglied eine mit der Tragstruktur (2) verbundene Stützstruktur (23) aufweist und wobei das Armglied an einem vorderen axialen Endbereich (24) eine zur Befestigung einer weiteren Roboterkomponente (27) ausgebildete Montageschnittstelle (26) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass das Armglied als ein Teleskoparmglied (18) ausgebildet ist, das eine Teleskopeinheit (28) aufweist, die durch eine Drehantriebseinrichtung (38) des Teleskoparmgliedes (18) relativ zu der Stützstruktur (23) zu einer Arbeits-Drehbewegung (42) um eine Haupt-Drehachse (32) antreibbar ist, wobei sich die Haupt-Drehachse (32) in der Achsrichtung der Hauptachse (22) erstreckt, wobei die Teleskopeinheit (28) eine Schlitteneinheit (37) aufweist, an der die Montageschnittstelle (26)angeordnet ist und die durch eine Linearantriebseinrichtung (53) des Teleskoparmgliedes (18) relativ zu der Stützstruktur (23) zu einer linearen Teleskopbewegung (52) in der Achsrichtung der Hauptachse (22) antreibbar ist.
Roboter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Teleskopeinheit (28) eine Basiseinheit (33) aufweist, die bezüglich der Stützstruktur (23) axial unbeweglich angeordnet ist, wobei die Teleskopeinheit (28) über die Basiseinheit (33) zur Ausführung der Arbeits-Drehbewegung (42) an der Stützstruktur (23) drehbar gelagert ist, wobei die Schlitteneinheit (37) an der Basiseinheit (33) unverdrehbar angeordnet ist und wobei die Schlitteneinheit (37) zur Ausführung der Teleskopbewegung (52) an der Basiseinheit (33) linear verschiebbar gelagert ist.
Roboter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Basiseinheit (33) einen hinteren Drehlagerabschnitt (35) und einen bezüglich des hinteren Drehlagerabschnittes (35) in der Achsrichtung der Hauptachse (22) beabstandeten vorderen Drehlagerabschnitt (34) aufweist, wobei die Basiseinheit (33) mit jedem dieser beiden Drehlagerabschnitte (34, 35) an der Stützstruktur (23) um die Haupt-Drehachse (32) drehbar gelagert ist, um die Arbeits-Drehbewegung (42) der Teleskopeinheit (28) zu ermöglichen, wobei sich zwischen dem hinteren Drehlagerabschnitt (35) und dem vorderen Drehlagerabschnitt (34) ein Linearführungsabschnitt (36) der Basiseinheit (33) erstreckt, an dem die Schlitteneinheit (37) linear verschiebbar gelagert ist, um die Teleskopbewegung (52) der Schlitteneinheit (37) relativ zu der Basiseinheit (33) zu ermöglichen.
Roboter nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Teleskoparmglied (18) einen dem vorderen axialen Endbereich (24) entgegengesetzten hinteren axialen Endbereich (25) aufweist, wobei die Drehantriebseinrichtung (38) in dem hinteren axialen Endbereich (25) des Teleskoparmgliedes (18) an der Stützstruktur (23) befestigt ist und wobei die Drehantriebseinrichtung (38) zur Erzeugung der Arbeits-Drehbewegung (42) der Teleskopeinheit (28) im Bereich des hinteren Drehlagerabschnittes (35) der Basiseinheit (33) antriebsmäßig mit der Basiseinheit (33) verbunden ist.
Roboter nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Linearantriebseinrichtung (53) als ein Bestandteil der Teleskopeinheit (28) ausgebildet ist, wobei die Linearantriebseinrichtung (53) eine an der Basiseinheit (33) der Teleskopeinheit (28) befestigte erste Linearantriebskomponente (65) und eine relativ zu der ersten Linearantriebskomponente (65) zu einer linearen Antriebsbewegung (67) antreibbare zweite Linearantriebskomponente (66) aufweist, wobei die zweite Linearantriebskomponente (66) an einem Bestandteil der Schlitteneinheit (37) befestigt ist, der die Montageschnittstelle (26) aufweist.
Roboter nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Schlitteneinheit (37) zweistufig teleskopierbar ausgebildet ist, wobei sie einen äußeren Schlitten (54) und einen inneren Schlitten (55) aufweist, wobei der innere Schlitten (55) an der Basiseinheit (33) linear verschiebbar gelagert ist und wobei der äußere Schlitten (54) an dem inneren Schlitten (55) linear verschiebbar gelagert ist, wobei der äußere Schlitten (54) die Montageschnittstelle (26) aufweist.
Roboter nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der innere Schlitten (55) blockförmig ausgebildet ist und axial von einem Hohlraum (72) durchsetzt ist, durch den sich die Linearantriebseinrichtung (53) hindurch erstreckt.
Roboter nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass der äußere Schlitten (54) im Wesentlichen U-förmig profiliert ist und eine rinnenförmige Ausnehmung (64) hat, in die der innere Schlitten (55) in der Achsrichtung der Hauptachse (22) eintaucht.
Roboter nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Schlitteneinheit (37) durch die Teleskopbewegung (52) zwischen einer eingefahrenen Stellung und einer ausgefahrenen Stellung bewegbar ist, wobei die Schlitteneinheit (37) in der eingefahrenen Stellung zumindest im Wesentlichen auf gleicher axialer Höhe mit der Linearantriebseinrichtung (53) angeordnet ist und wobei die Schlitteneinheit (37) in der eingefahrenen Stellung die Linearantriebseinrichtung (53) radial außen zumindest partiell umschließt.
Roboter nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Linearantriebseinrichtung (53) von einem pneumatisch mittels Druckluft betätigbaren Typ ist.
Roboter nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Linearantriebseinrichtung (53) ein mit Druckluft betätigbarer Pneumatikzylinder (53a) ist, der eine an der Basiseinheit (33) der Teleskopeinheit (28) befestigte erste Linearantriebskomponente (65) und eine relativ zu der ersten Linearantriebskomponente (65) zu einer linearen Antriebsbewegung (67) antreibbare zweite Linearantriebskomponente (66) aufweist, wobei die erste Linearantriebskomponente (65) ein Zylindergehäuse (65a) aufweist und wobei die zweite Linearantriebskomponente (66) eine Antriebsbaugruppe (66a) aufweist, wobei die Antriebsbaugruppe (66a) einen Antriebskolben (74) und eine Kolbenstange (75) umfasst, wobei der Antriebskolben (74) in dem Zylindergehäuse (65a) angeordnet ist und dort zwei Antriebskammern (76, 77) voneinander abtrennt, die zum Hervorrufen der Teleskopbewegung (52) der Schlitteneinheit (37) in gesteuerter Weise mit Druckluft beaufschlagbar sind, wobei die Kolbenstange (75) aus dem Zylindergehäuse (65a) herausragt und an demjenigen Bestandteil der Schlitteneinheit (37) befestigt ist, der die Montageschnittstelle (26) aufweist.
Roboter nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Linearantriebseinrichtung (53) zu ihrer pneumatischen Betätigung an zwei Luftkanäle (76a, 77a) angeschlossen ist, die in der Teleskopeinheit (28) verlaufen und die an einer koaxial zu der Hauptachse (22) angeordneten Kupplungswelle (82) der Teleskopeinheit (28) ausmünden, wobei die Kupplungswelle (82) in einem hinteren axialen Endbereich (25) des Teleskoparmgliedes (18) angeordnet ist und die Arbeits-Drehbewegung (42) mitmacht, wobei auf der Kupplungswelle (82) eine Kupplungshülse (83) angeordnet ist, die zum Anschließen externer Druckluftschläuche (85) geeignete Druckluftanschlüsse (84) aufweist, wobei die Kupplungswelle (82) relativ zu der Kupplungshülse (83) drehbar ist und wobei jeder der Druckluftanschlüsse (84) unabhängig von der Arbeits-Drehbewegung (42) der Teleskopeinheit (28) ständig mit einem der beiden Luftkanäle (76a, 77a) kommuniziert.
Roboter nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehantriebseinrichtung (28) von einem elektrisch betätigbaren Typ ist.
Roboter nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Stützstruktur (23) rohrförmig ausgebildet ist, wobei sich die Teleskopeinheit (28) in der rohrförmigen Stützstruktur (23) erstreckt.
Roboter nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Teleskopeinheit (28) in einer eingefahrenen Stellung der Schlitteneinheit (37) im Wesentlichen vollständig im Innern der rohrförmigen Stützstruktur (23) aufgenommen ist.
Roboter nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass das Teleskoparmglied (18) eine Positionserfassungseinrichtung (87) aufweist, die zur Erfassung der von der Montageschnittstelle (26) relativ zu der Stützstruktur (23) eingenommenen axialen Hubposition ausgebildet ist.
Roboter nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Positionserfassungseinrichtung (87) ein mittels eines Längsschlitzes (92) längs geschlitztes Führungsgehäuse (88) aufweist, das in einer zu der Hauptachse (22) parallelen Ausrichtung außen an der Stützstruktur (23) angebracht ist, wobei in dem Führungsgehäuse (88) ein linear verschiebbarer Läufer (94) angeordnet ist, der über einen den Längsschlitz (92) durchsetzenden Mitnehmer (95) mit einer Koppelstange (96) verbunden ist, die außerhalb des Führungsgehäuses (88) angeordnet und an demjenigen Bestandteil der Schlitteneinheit (37) angebracht ist, der die Montageschnittstelle (26) aufweist, wobei der Läufer (94) einen Permanentmagnet (98) aufweist, der sich bei der Teleskopbewegung (52) der Schlitteneinheit (37) zusammen mit dem Läufer (94) entlang einer Positionserfassungsstrecke bewegt, und wobei außen an dem Führungsgehäuse (88) ein sich entlang der Positionserfassungsstrecke des Permanentmagneten (98) erstreckender Positionssensor (99) angeordnet ist, der zur Positionserfassung berührungslos auf den Permanentmagnet (98) anspricht.
Roboter nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Tragstruktur (2) einen Sockel (4) und einen an dem Sockel (4) verschwenkbar gelagerten Tragarm (5) aufweist, wobei das Teleskoparmglied (18) mit seiner Stützstruktur (23) verschwenkbar an dem Tragarm (5) gelagert ist.