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Die Erfindung betrifft einen Roboter umfassend ein Robotergelenk, ein Robotergelenk für einen solchen Roboter sowie Verwendungen eines solchen Roboters und eines solchen Robotergelenks.
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Gattungsgemäße Roboter weisen typischerweise ein Robotergelenk auf, das einen Motor und ein Getriebe aufweist. Der Motor ist typischerweise als Elektromotor ausgebildet. Das Getriebe weist einen Antrieb auf, der mit dem Motor verbunden ist und bestimmungsgemäß von dem Motor angetrieben wird. Das Getriebe weist ferner einen Abtrieb auf, der typischerweise mit einer weiteren Komponente des Roboters verbunden ist, beispielsweise einem Roboterarm oder einem Manipulator. Als Manipulator können für den Einsatz des Roboters jeweils geeignete Werkzeuge vorgesehen sein, beispielsweise ein Greifer, ein Saugnapf, eine Kamera, etc. Üblicherweise weisen Roboter eine Vielzahl an solchen Robotergelenken auf, die jeweils ein Getriebe und einen Motor aufweisen, wobei durch jedes der Robotergelenke jeweils ein Roboterarm oder ein Manipulator angetrieben ist, der entsprechend mit dem Abtrieb des Getriebes des Robotergelenks verbunden ist. Durch Hintereinanderreihung von Paaren von Robotergelenk und Roboterarm, sodass an jeweils einem Roboterarm, der gemeinsam mit einem Robotergelenk ein Paar ausbildet, ein Robotergelenk eines weiteren Paars angeschlossen ist, können solche Roboter komplexe Bewegung ausführen. Durch das Getriebe ist eine Drehung des Motors übersetzt, üblicherweise in einem Übersetzungsverhältnis von mindestens 1:20, insbesondere mindestens 1:40, insbesondere mindestens 1:50, sodass der Abtrieb sich mit einer um das Verhältnis entsprechend reduzierten Drehgeschwindigkeit um seine Abtriebsachse dreht als der Antrieb um seine Antriebsachse, wenn er von dem Motor angetrieben wird.
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Um die Bewegungsabläufe sämtlicher Komponenten des Roboters präzise vorgeben zu können, ist eine präzise Ansteuerung der Motoren der Robotergelenke erforderlich. Um die Bewegungen des Roboters hinreichend präzise vorgeben zu können, ist häufig eine Rückkopplung von den Robotergelenken an die Steuereinheit des Roboters vorgesehen, durch die eine Position des jeweiligen Robotergelenks als Information an die Steuereinheit zurückgekoppelt werden kann. In verschiedenerlei Hinsicht ist es dabei vorteilhaft, dass das jeweilige Robotergelenk als Position eine Absolutposition seines Abtriebs und insbesondere auch seines Antriebs ausgibt, beispielsweise bei der Realisierung von kollaborativen Robotern, bei denen die Absolutposition der Komponenten des Roboters möglichst präzise bekannt sein soll, oder etwa bei einem unvorhergesehenen Ereignis, beispielsweise einem Stromausfall, nach dem der Roboter ausgehend von seiner vorliegenden Position in eine vorgegebene Position verfahren soll. Im Stand der Technik sind hinreichende Maßnahmen bekannt, um sogenannte Absolutwertgeber zu realisieren, die eine Drehposition des Abtriebs um seine Abtriebsachse, um die er beweglich zu einem Gehäuse des Robotergelenks drehbar gelagert ist, zu ermitteln. Solche Absolutwertgeber sind dazu ausgelegt, die Drehposition des Abtriebs des Robotergelenks relativ zum Gehäuse des Robotergelenks möglichst präzise auszugeben, damit die Position der Komponenten des Roboters möglichst präzise bestimmt werden kann. Denn da bei einem Roboter die Robotergelenke gemeinsam die Position der Komponenten des Roboters vorgeben, ist die Ansteuerung der Robotergelenke hinreichend komplex, sodass zur präzisen Vorbestimmung der Bewegungen bzw. Positionen der Komponenten des Roboters hochpräzise Absolutwertgeber eingesetzt werden. Beispielsweise sind als solche Absolutwertgeber hochauflösende auf einem optischen oder magnetischen Funktionsprinzip basierende Absolutwertgeber bekannt, die eine präzise Rückkopplung, d. h. das Rückkoppeln einer präzisen Positionsangabe des Abtriebs bzw. Antriebs an die Steuereinheit des Roboters, ermöglichen. Die Realisierung solcher Absolutwertgeber, die bevorzugt einen möglichst kleinen Bauraum benötigen und einen präzisen Wert für die Drehposition des Abtriebs bzw. Antriebs zu seiner Drehachse ausgeben können, der von einer Steuereinheit des Roboters direkt verarbeitet werden kann, geht mit erheblichen Kosten einher, die einen erheblichen Beitrag zu den Gesamtkosten eines Roboters bilden.
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Roboter mit einem Robotergelenk mit einem Absolutwertgeber und/oder ein Robotergelenk und/oder eine Verwendung eines Roboters bzw. Robotergelenks bereitzustellen, mit dem bzw. der zumindest ein Nachteil gattungsgemäßer Roboter zumindest teilweise behoben werden kann.
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Als eine Lösung der genannten, der Erfindung zugrunde liegenden Aufgabe schlägt die Erfindung einen Roboter mit den Merkmalen gemäß Anspruch 1 vor. Der erfindungsgemäße Roboter umfasst ein Robotergelenk, das ein Getriebe und einen Motor, insbesondere Elektromotor, aufweist. Das Getriebe weist einen um eine Antriebsachse zu einem Gehäuse des Robotergelenks drehbar gelagerten Antrieb und einen um eine Abtriebsachse zu dem Gehäuse drehbar gelagerten Abtrieb auf. Der Motor ist an den Antrieb des Getriebes angeschlossen. In einem bestimmungsgemäßen Betriebszustand des Roboters, d.h. bei seiner bestimmungsgemäßen Verwendung, wird der Motor des Robotergelenks durch einen Controller des Roboters, vorliegend auch als Steuereinheit des Roboters bezeichnet, zum Antreiben des Antriebs angesteuert. An den Abtrieb des Robotergelenks ist ein Roboterarm oder ein Manipulator angeschlossen, der bestimmungsgemäß durch den Motor des Gelenks bewegt wird bzw. werden soll. Ein Roboterarm kann beispielsweise ein Verbindungsgetriebe, insbesondere Winkelgetriebe, umfassen oder als solches ausgebildet sein. Der erfindungsgemäße Roboter kann ferner Merkmale aufweisen, die im Zusammenhang mit gattungsgemäßen Robotern obenstehend erläutert sind. Das Robotergelenk umfasst einen Absolutwertgeber zum Erfassen einer absoluten Drehposition des Abtriebs bezogen auf die Abtriebsachse. Der Absolutwertgeber weist eine erste und eine zweite Komponente auf. Die erste Komponente ist mit dem Gehäuse des Robotergelenks positionsfest verbunden, beispielsweise mit einem für die Halterung der ersten Komponente ausgebildeten Gehäuseabschnitt des Gehäuses, und die zweite Komponente ist mit dem Abtrieb positionsfest verbunden. Das Gehäuse des Robotergelenks ist bevorzugt an einem Roboterarm oder sonstigen Referenzpunkt des Roboters, beispielsweise einem Standfuß des Roboters, fixiert, sodass sich der Abtrieb relativ zu diesem Referenzpunkt bewegt, wenn der Antrieb des Getriebes durch den Motor des Robotergelenks angetrieben ist. Erfindungsgemäß weist eine der Komponenten, insbesondere die erste Komponente, des Absolutwertgebers eine Platine auf, auf der zumindest eine erste und eine zweite Widerstandsbahn angeordnet sind. Die Widerstandsbahnen sind beide jeweils als ein Kreisring ausgebildet, wobei die Kreisringe um ein gemeinsames Ringzentrum, durch das die Abtriebsachse verläuft, umlaufend verlaufen. Dabei sind die Kreisringe radial voneinander beabstandet, d.h. dass einer der Kreisringe einen größeren Radius, gemessen vom Ringzentrum, aufweist als der andere Kreisring und dabei die Kreisringe nicht unmittelbar aneinander anliegen sondern als zwei separate, voneinander beabstandete Kreisringe ausgebildet sind. Jeder der Kreisringe, d. h. jede der Widerstandsbahnen, weist jeweils zumindest einen elektrischen Anschlusskontakt auf. Insbesondere weist jeder der Kreisringe, d. h. jede der Widerstandsbahnen, jeweils zumindest eine Unterbrechung auf, an der jeweils ein elektrischer Anschlusskontakt vorgesehen ist. Die Kreisringe sind somit bevorzugt nicht als geschlossene Kreisringe ausgebildet sondern weisen jeweils die erläuterte Unterbrechung auf. Über den insbesondere an der Unterbrechung vorgesehenen Anschlusskontakt können die Kreisringe mit einer Spannung beaufschlagt werden. Die Platine ist somit jedenfalls als Träger der Widerstandsbahnen und der an die Widerstandsbahnen angeschlossenen Anschlusskontakte ausgebildet, und über die Platine können die Anschlusskontakte der Widerstandsbahnen jeweils mit einer Spannung beaufschlagt werden. Die Kreisringe, das heißt Widerstandsbahnen, können auch mehrere elektrische Anschlusskontakte bzw. mehrere Unterbrechungen, an denen jeweils zumindest ein Anschlusskontakt vorgesehen ist, aufweisen, sodass sie zwischen ihren Anschlusskontakten bzw. Unterbrechungen als Kreisringabschnitte verlaufen. Bei dem Vorsehen von mehreren Unterbrechungen ist an jeder Unterbrechung ein elektrischer Anschlusskontakt vorgesehen, sodass jeder Kreisringabschnitt an zumindest einem Ende mit einer Spannung beaufschlagt werden kann. Allgemein sei darauf hingewiesen, dass selbstverständlich eine solche Unterbrechung zwischen zwei Enden der Widerstandsbahnen bzw. des Kreisringabschnitts vorgesehen ist, die durch die Unterbrechung voneinander beabstandet sind. In einer Ausführungsform ist an nur einem dieser Enden ein elektrischer Anschlusskontakt vorgesehen, in einer anderen Ausführungsform ist an den beiden von der Unterbrechung voneinander beabstandeten Enden jeweils ein elektrischer Anschlusskontakt vorgesehen. Die zuletzt genannte Ausführungsform, insbesondere dann, wenn dies bei jeder vorgesehenen Unterbrechung eines Kreisrings der Fall ist, bringt den besonderen Vorteil mit sich, dass ein Kreisringabschnitt an seinen beiden Enden, an die sich jeweils ein Unterbrechung, insbesondere die eine Unterbrechung, anschließt, mit einer Spannung beaufschlagt werden kann, sodass das Potentialgefälle über den Kreisringabschnitt durch Einstellung der an den beiden Enden des Kreisringabschnitts jeweils angelegten Spannung besonders präzise vorgegeben sein kann. Bevorzugt wird der elektrische Anschlusskontakt in einem bestimmungsgemäßen Betriebszustand des Roboters beziehungsweise bei einer bestimmungsgemäßen Verwendung des Roboters mit einer von der Steuereinheit des Roboters vorgegebenen Spannung beaufschlagt. Erfindungsgemäß ist der zumindest eine elektrische Anschlusskontakt der ersten Widerstandsbahn von dem zumindest einen elektrischen Anschlusskontakt der zweiten Widerstandsbahn in einem Abstandswinkel um das Ringzentrum beabstandet und/oder ist die zumindest eine Unterbrechung der ersten Widerstandsbahn von der zumindest eine Unterbrechung der zweiten Widerstandsbahn in einem Abstandswinkel um das Ringzentrum beabstandet. Die Unterbrechungen bzw. Anschlusskontakte der beiden Widerstandsbahnen sind somit nicht innerhalb eines selben Drehwinkelbereichs um das Ringzentrum angeordnet. Besonders bevorzugt ist die Unterbrechung bzw. der Anschlusskontakt der ersten Widerstandsbahne von der Unterbrechung bzw. dem Anschlusskontakt der zweiten Widerstandsbahne um mindestens 20 %, insbesondere mindestens 30 %, insbesondere mindestens 40 % des Drehwinkels beabstandet, über den sich der von der Unterbrechung begrenzte Kreisringabschnitt bzw. der von dem Anschlusskontakt kontaktierte Kreisringabschnitt der Widerstandsbahnen ununterbrochen geschlossen um das Ringzentrum umlaufend erstreckt. Dasselbe gilt bevorzugt für den Abstand der Unterbrechung bzw. des Anschlusskontakts der zweiten Widerstandsbahn von der Unterbrechung bzw. dem Anschlusskontakt der ersten Widerstandsbahn. Die andere der beiden Komponenten des Absolutwertgebers umfasst zwei Abgriffkontakte, von denen jeder an jeweils einer der Widerstandsbahnen in einem Gleitkontakt elektrisch leitend anliegt. Bevorzugt sind die Abgriffkontakte als Schleifbürstenkontakte ausgebildet. Allgemein bevorzugt liegen die Abgriffkontakte mit einer durch eine Federeinrichtung vorgegebenen Anpresskraft an den Widerstandsbahnen an. Die Federeinrichtung kann in den Abgriffkontakten integriert sein. Jedem der Abgriffkontakte ist somit jeweils genau eine der Widerstandsbahnen zugeordnet. Durch das Vorsehen der beiden Abgriffkontakte und das Vorsehen eines Abstandswinkels zwischen den Unterbrechungen bzw. den Anschlusskontakten ist somit gewährleistet, dass in jeder möglichen Drehposition des Abtriebs stets mindestens einer der Abgriffkontakte an den zugeordneten Widerstandsbahnen elektrisch leitend anliegt bzw. die Abgriffkontakte stets einen unterschiedlichen Abstand zu den Anschlusskontakten der Widerstandsbahnen haben. Selbstverständlich liegt der Abgriffkontakt an der ihm zugeordneten Widerstandsbahn dann nicht elektrisch leitend an, wenn sich der Abtrieb in einer solchen Drehposition befindet, in der der Abgriffkontakt innerhalb der radialen Erstreckung der ihm zugeordneten Widerstandsbahn ausschließlich innerhalb der Unterbrechung der ihm zugeordneten Widerstandsbahn angeordnet ist. Durch den Abstandswinkel, der zwischen den Unterbrechungen der beiden Widerstandsbahnen vorgesehen ist, ist jedoch sichergestellt, dass dann jedenfalls der andere Abgriffkontakt an der ihm zugeordneten Widerstandsbahn elektrisch leitend anliegt. Durch die Abgriffkontakte wird somit von der ihnen jeweils zugeordneten Widerstandsbahn jeweils bestimmungsgemäß eine Spannung abgegriffen, die eindeutig von der Drehposition des Abtriebs relativ zum Gehäuse, bezogen auf seine Abtriebsachse, abhängt. Denn der Widerstand, den die jeweilige Widerstandsbahn zwischen ihrem elektrischen Anschlusskontakt und dem Abgriff ausbildet, hängt von der Länge ab, mit der sich die Widerstandsbahn zwischen ihrem elektrischen Anschlusskontakt und dem Abgriff erstreckt. Entsprechend hängt der elektrische Widerstand von der absoluten Drehposition des Abtriebs relativ zum Gehäuse, bezogen auf seine durch das Ringzentrum der Widerstandsbahnen verlaufende Abtriebsachse, ab. Allgemein besonders bevorzugt kann das Robotergelenk einen weiteren Absolutwertgeber aufweisen, der dem Antrieb zugeordnet ist zum Erfassen einer absoluten Drehposition des Antriebs, wobei dieser Absolutwertgeber wie vorliegend erläutert ausgebildet sein kann, jedoch mit einer seiner Komponente positionsfest an dem Antrieb und mit der anderen seiner Komponenten positionsfest an dem Gehäuse befestigt sein kann, wobei die Antriebsachse durch das erläuterte Ringzentrum verläuft.
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Die Erfinder haben erkannt, dass sich ein Absolutwertgeber, der eine hinreichend genaue absolute Drehposition des Abtriebs erfassen kann, mit den erfindungsgemäßen Eigenschaften besonders kostengünstig und einfach herstellen und platzsparend in ein Robotergelenk integrieren lässt. Das Vorsehen und Integrieren eines solchen Absolutwertgebers ist eine Abkehr von üblichen Herangehensweisen, die das Vorsehen von hochpräzisen Absolutwertgebern beinhalten, die Basis für die Steuerung des Roboters sind. Durch die Integration der um die Abtriebsachse kreisringförmig umlaufenden Widerstandsbahnen, deren Anschlusskontakte bzw. Unterbrechung voneinander versetzt sind, lässt sich auf überraschend einfache Weise in jeder möglichen Drehposition ein Widerstandswert von zumindest einer der Widerstandsbahnen erfassen, der die Drehposition hinreichend präzise charakterisiert.
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In einer besonders bevorzugten Ausführungsform sind die Widerstandsbahnen jeweils aus einer Leiterplastik ausgebildet. Eine solche Widerstandsbahn kann besonders einfach auf eine Platine aufgebracht sein, beispielsweise durch Aufbringen einer Paste, beispielsweise mittels Dickschichtverfahrens oder einfachen Aufdruckens. Besonders bevorzugt ist die Leiterplastik ein Gleitwerkstoff, der eine Polymermatrix umfasst, in die elektrisch leitende Partikel und Gleitstoffe eingebettet sind. Bevorzugt sind zum einen elektrisch leitende Partikel und zum anderen Gleitstoffe in die Polymermatrix eingebettet, in einer Ausführungsform können die Polymermatrixpartikel eingebettet sein, die gleichzeitig elektrisch leitende Eigenschaften und Gleiteigenschaften aufweisen. Besonders bevorzugt umfasst der Gleitwerkstoff Kohle-, Silber- und/oder Graphitpartikel. Indem die Widerstandsbahn aus einer als Gleitwerkstoff ausgebildeten Leiterplastik hergestellt ist, kann ein Gleitwiderstand der Abgriffkontakte an einer Widerstandsbahn besonders verringert sein. Hierdurch kann ein Verschleiß, der zu einer Fehlfunktion führen kann, nach Möglichkeit verhindert sein. An dieser Stelle sei darauf hingewiesen, dass die Erfinder mit dem Vorsehen solcher Widerstandsbahnen zur Realisierung des Absolutwertgebers einen neuen Weg beschritten haben. Denn beim Absolutwertgeber, der bei einem erfindungsgemäßen Roboter eingesetzt wird, ist davon auszugehen, dass die Abgriffkontakte mehrere Millionen Male über die Widerstandsbahnen in elektrisch leitendem Kontakt an diesen anliegend abgleiten. Somit ist das Einsatzgebiet der Widerstandsbahn in dem Absolutwertgeber nicht mit dem Einsatz von Widerstandsbahnen in herkömmlichen Potentiometern vergleichbar. Die Erfinder habe überraschend festgestellt, dass für die Realisierung eines Absolutwertgebers die Realisierung der Widerstandsbahnen aus einer Leiterplastik eine hinreichend präzise Bestimmung der Drehposition des Abtriebs über eine hinreichend lange Lebensdauer des Absolutwertgebers hinweg gewährleistet.
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In einer Ausführungsform ist auf der Platine eine Auswerteschaltung mit elektronischen Komponenten zum Verarbeiten von durch die Abgriffkontakte an den Widerstandsbahnen abgegriffenen Messsignalen angeordnet. Elektronischen Komponenten können beispielsweise zumindest einen Mikrocontroller und/oder zumindest einen AD-Wandler umfassen. Indem auf der Platine die Auswerteschaltung und gleichzeitig die Widerstandsbahnen angeordnet sind, kann der Absolutwertgeber gemeinsam mit der Auswerteschaltung besonders kostengünstig und kompakt in dem Robotergelenk integriert sein. Besonders bevorzugt sind hierzu zumindest einige der elektronischen Komponenten auf einer ersten Platinenseite angeordnet, wobei die Widerstandsbahnen auf einer der ersten Platinenseite abgewandten zweiten Platinenseite angeordnet sind. Die Platinenseiten sind dabei die beiden flächigen Seiten der Platine. Die beschriebene Anordnung hat sich für die Integration des Absolutwertgebers in ein Robotergelenk als besonders vorteilhaft herausgestellt.
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In einer Ausführungsform weist die Platine eine Anschlusseinrichtung zum Ausgeben von durch die Auswerteschaltung durch Verarbeitung der Messsignale erzeugten Messwerten auf. Die Messwerte kennzeichnen die absolute Drehposition des Abtriebs um die Abtriebsachse relativ zum Gehäuse des Robotergelenks. Über die Anschlusseinrichtung können somit Messwerte ausgelesen werden, die von der Auswerteschaltung auf Basis der von den Abgriffkontaten ausgelesenen Messsignale erzeugt sind, sodass von der Anschlusseinrichtung über herkömmliche Anschlussschnittstellen von einer Steuereinheit bzw. einem Controller des Roboters direkt verwertbar Messwerte zum Kennzeichnen einer absoluten Drehposition ausgelesen werden können. Besonders bevorzugt ist die Auswerteschaltung dazu ausgebildet, durch die Messwerte die absolute Drehposition des Abtriebs mit einer Genauigkeit von unter 1° und einer Ungenauigkeit von mindestens 0,0 1°, insbesondere mit einer Genauigkeit von unter 0,5° und einer Ungenauigkeit von mindestens 0,05° zu charakterisieren. Die Angabe der Drehposition bezieht sich dabei auf die Angabe einer exakten Drehposition im Sinne eines exakten Drehwinkels, wobei ein Drehwinkel von 0° normiert ist. Die Erfinder haben überraschend festgestellt, dass eine hinreichende Genauigkeit unter Vermeidung einer zu großen Ungenauigkeit für die Bedürfnisse eines Roboters in einer großen Vielzahl an Anwendungsfällen ausreichend sind. Besonders bevorzugt ist die Anschlusseinrichtung auf derselben Platinenseite angeordnet und von dieser Platinenseite aus durch eine korrespondierende Anschlusseinrichtung kontaktierbar, auf der die Widerstandsbahnen angeordnet sind. Die Anschlusseinrichtung kann eine herkömmliche Anschlusseinrichtung sein, die eine herkömmliche Schnittstelle für eine korrespondierende Anschlusserrichtung ausbildet, beispielsweise eine UART- oder SPI-Schnittstelle.
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Besonders bevorzugt ist die Auswerteschaltung dazu ausgebildet, einen jeweiligen Messwert, den sie an die Anschlusseinrichtung ausgibt, für eine bestimmte absolute Drehposition des Abtriebs, der somit diese bestimmte Drehposition definiert, durch Interpolation zwischen Messsignalen zu ermitteln, die während einer Drehbewegung des Abtriebs um das Ringzentrum über einen Winkelbereichen weg ermittelt wurden, wobei der Winkelbereich insbesondere eine Winkellänge von mindestens 0,0 1°, insbesondere mindestens 0,05° aufweist. Bei dieser besonders bevorzugten Ausführungsform wird somit gezielt eine gewisse Ungenauigkeit des Messwerts, mit der dieser die Drehposition charakterisiert, in Kauf genommen, indem der Messwert anhand von Messsignalen ausgegeben wird, die über den Winkelbereich hinweg ermittelt werden, wodurch jedoch eine besonders zuverlässig reproduzierbare Charakterisierung der absoluten Drehposition des Abtriebs gewährleistet sein kann.
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In einer Ausführungsform ist auf der Platine zumindest eine Leiterbahnanordnung mit zumindest einer kreisringförmigen Leiterbahn angeordnet, die um das Ringzentrum umläuft, insbesondere ununterbrochen geschlossen umläuft. Die Abgriffkontakte sind als Brückenkontakte ausgebildet, sodass durch die Abgriffkontakte in jeder Drehposition des Abtriebs ein elektrisch leitender Kontakt zwischen der Leiterbahnenanordnung und mindestens einer der Widerstandsbahnen sichergestellt ist. Durch die Leiterbahnanordnung kann auf besonders effiziente Weise eine unmittelbare Übertragung des von den Abgriffkontakten an die jeweiligen Widerstandsbahnen abgegriffenen Potentials an eine Auswerteschaltung, die an der Platine angeordnet ist, gewährleistet sein. Jegliche Leiterbahn der Leiterbahnenanordnung weist über ihre gesamte Länge hinweg einen im Vergleich zu dem Widerstand der Widerstandsbahn vernachlässigbaren Widerstand auf, insbesondere einen Widerstand, der weniger als 1/100, insbesondere weniger als 1/1000, insbesondere weniger als 1/10000 des Widerstands beträgt, den die Widerstandsbahn jeweils über ihre gesamte Länge aufweisen. In einer Ausführungsform weist die Leiterbahnanordnung genau eine kreisringförmige Leiterbahn auf, wobei beide Abgriffkontakte jeweils als Brückenkontakte zwischen der einen kreisförmigen Leiterbahn und der ihnen jeweils zugeordneten Widerstandsbahn ausgebildet sind. Bei dieser Ausführungsform wird durch die eine Leiterbahn ein gemitteltes Potential erfasst, das über die Potentiale mittelt, die die beiden Abgriffkontakte an ihrer jeweiligen Widerstandsbahn abgreifen. In einer anderen Ausführungsform weist die Leiterbahnanordnung zwei Leiterbahnen auf, die jeweils genau einer der Widerstandsbahnen zugeordnet sind. Jeder der Abschlusskontakte ist genau einer der Leiterbahnen und genau einer Widerstandsbahnen zugeordnet und zum Bereitstellen einer elektrisch leitenden Verbindung zwischen dieser Leiterbahn und dieser Widerstandsbahn ausgebildet. Die elektrisch leitende Verbindung zwischen der Leiterbahn und der Widerstandsbahn, die dem Abgriffskontakt zugeordnet sind, ist nur dann unterbrochen, wenn der jeweilige Abgriffskontakt innerhalb der radialen Ersteckung der ihm zugeordneten Widerstandsbahn ausschließlich innerhalb der zumindest einen Unterbrechung der ihm zugeordneten Widerstandsbahn angeordnet ist. Die beiden Leiterbahnen sind jeweils konzentrisch um das Ringzentrum umlaufende Kreisringe, jedoch radial voneinander beabstandet, wie obenstehend zu den beiden Widerstandsbahnen erläutert. Somit kann über jede der Leiterbahnen jeweils getrennt ein Potential erfasst werden, das der jeweilige Abgriffkontakt von der zugeordneten Widerstandsbahn auf die zugeordnete Leiterbahn überträgt. In einer Ausführungsform steht jede Leiterbahn der Leiterbahnanordnung, bei dem Vorsehen von nur einer Leiterbahn somit die eine Leiterbahn und bei dem Vorsehen von zwei Leiterbahnen somit beide Leiterbahnen, in elektrisch leitendem Kontakt zu zumindest einer der elektronischen Komponenten der Auswerteschaltung. Der elektrisch leitende Kontakt zwischen der Leiterbahn und der elektronischen Komponente kann durch einen an der Platine vorgesehenen Leiter realisiert sein. Hierdurch ist eine besonders kostengünstige Integration der Auswerteschaltung und der Widerstandsbahnen sowie eine besonders präzise Übertragung des von den Widerstandsbahnen über die Abgriffkontakte abgegriffenen Potenzials an die elektronische Komponente der Auswerteschaltung gewährleistet. Besonders bevorzugt ist in der Auswerteschaltung eine Zuordnung abgelegt, die mehreren unterschiedlichen Drehpositionen jeweils ein von den Abgriffkontakten an den Widerstandsbahnen abgegriffenen Messsignal zugeordnet. Die Auswerteschaltung ist somit bevorzugt dergestalt durch die Zuordnung justiert, dass die Drehposition des Abtriebs durch den Messwert, den die Auswerteschaltung ausgibt, besonders präzise und zuverlässig definiert werden kann. Zur Realisierung der beschriebenen Ausführungsform wird die Zuordnung bevorzugt dadurch erzeugt, dass verschiedene Drehwinkel zwischen den Komponenten des Absolutwertgebers um das Ringzentrum eingestellt werden, d. h. verschiedene absolute Drehpositionen des Abtriebs relativ zum Gehäuse eingestellt werden, wobei über die Abgriffkontakte Messsignale abgegriffen werden und diesen Messsignalen der eingestellte Drehwinkel und somit die eingestellte Drehposition zugeordnet wird. In der Auswerteschaltung selbst ist durch die Zuordnung somit eine Referenz hinterlegt, sodass der Absolutwertgeber mit seiner Auswerteschaltung und somit das gesamte Robotergelenk besonders einfach in einen Roboter integriert werden kann und eine Steuereinheit bzw. ein Controller des Roboters aus dem Absolutwertgeber des Robotergelenks direkt einen Messwert auslesen kann, der die absolute Drehposition des Abtriebs präzise angibt. Somit braucht ein Roboter nicht nach Installation der Robotergelenke auf die verschiedenen Drehpositionen der verschiedenen Abtriebe der verschiedenen Robotergelenke justiert zu werden, sondern die Justage ist durch die in der Auswerteschaltung abgelegte Zuordnung in dem Robotergelenk integriert.
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In einer Ausführungsform verläuft die erste Widerstandsbahn ausgehend von ihrer zumindest einen Unterbrechung und/oder zumindest einem elektrischen Anschlusskontakt um das Ringzentrum über einen zwischen zwei Winkelgrenzen verlaufenden Erstreckungswinkel ununterbrochen, wobei die zumindest eine Unterbrechung bzw. der zumindest eine elektrische Anschlusskontakt der zweiten Widerstandsbahn innerhalb dieses Erstreckungswinkels angeordnet ist. Bevorzugt ist die zumindest eine Unterbrechung bzw. der zumindest eine elektrische Anschlusskontakt der zweiten Widerstandsbahn von den Winkelgrenzen des Erstreckungswinkels beabstandet, insbesondere mindestens 20 %, insbesondere mindestens 30 %, insbesondere mindestens 40 % des Erstreckungswinkels von jeder der beiden Winkelgrenzen beabstandet angeordnet. Hierdurch kann besonders zuverlässig sichergestellt sein, dass stets zumindest einer der Abgriffkontakte in elektrisch leitenden Kontakt an der ihm zugeordneten Widerstandsbahn anliegt. Allgemein bevorzugt erstrecken sich die Unterbrechungen jeweils über einen Erstreckungswinkel von weniger als 10°, insbesondere weniger als 5°. Allgemein bevorzugt verlaufen beide Widerstandsbahnen ausgehend von einer jeden ihrer jeweiligen Unterbrechung über ein Erstreckungswinkel von mindestens 60°, insbesondere mindestens 120° ununterbrochen zwischen zwei Winkelgrenzen, an denen jeweils eine Unterbrechung bzw. ein elektrischer Anschlusskontakt angeordnet ist. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform weisen die Widerstandsbahnen jeweils genau eine Unterbrechung auf, wobei die Unterbrechungen der beiden Widerstandsbahnen um 180° um das Ringzentrum voneinander beabstandet sind. Die Unterbrechungen sind somit an zwei gegenüberliegenden Seiten der Abtriebsachse angeordnet.
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In einer Ausführungsform ist die Platine nach Art einer runden Scheibe ausgebildet. Hierdurch kann eine platzsparende Integration der Platine in dem Robotergelenk besonders begünstigt sein. Bevorzugt ist die Platine innerhalb eines Gehäuseabschnitts des Gehäuses angeordnet, der ein runden Querschnitt aufweist. Allgemein bevorzugt ist das Gehäuse nach Art eines Zylinders mit rundem Querschnitt ausgebildet. In einer Ausführungsform fällt das Ringzentrum mit einer in der Platine vorgesehenen Aussparung zusammen. Bevorzugt ist die Aussparung rund ausgebildet. Vorliegend bedeutet der Begriff „rund“ in bevorzugten Ausführungsformen stets „kreisrund“. Bevorzugt erstreckt sich die Platine umfänglich um die Aussparung mit ihrer Platinenfläche, mit der sie senkrecht zur Abtriebsachse verläuft und über die hinweg sie ihre Platinenseiten ausbildet. Bevorzugt beträgt der lichte Querschnitt der Aussparung mindestens 1/10, insbesondere mindestens 1/8, insbesondere mindestens 1/6 der Platinenfläche. Bevorzugt ist die Aussparung nach Art eines Kreises ausgebildet, dessen Mittelpunkt mit dem Ringzentrum zusammenfällt, wobei die Platine nach Art einer kreisrunden Scheibe ausgebildet ist, deren Mittelpunkt mit dem Ringzentrum zusammenfällt, wobei in der Mitte der Scheibe die Aussparung vorgesehen ist. Bevorzugt weist die Aussparung einen Radius ausgehend von Ringzentrum auf, der mindestens 1/3, insbesondere mindestens 2/5 des Radius der kreisrunden Scheibe beträgt, als die Platine ausgebildet ist. Das Vorsehen der runden Aussparung in der Mitte der Platine ist für die Durchführung von Bauteilen des Robotergelenks besonders vorteilhaft, insbesondere solcher Bauteile, die Teile des Getriebes des Robotergelenks sind. Allgemein bevorzugt erstreckt sich ein Gehäuse- und/oder ein Getriebebauteil durch die Aussparung hindurch. Bevorzugt ist das Gehäuse- bzw. Getriebebauteil zylindrisch ausgebildet und erstreckt sich mit seiner Zylinderachse entlang der Abtriebsachse. Bevorzugt erstreckt sich ein Gleitlager, insbesondere schmiermittelfreies Kunststoffgleitlager durch die Aussparung hindurch. In einer Ausführungsform ist die erste Komponente an dem Abtrieb und die zweite Komponente dem Gehäuse positionsfest fixiert. In einer anderen Ausführungsform ist die erste Komponente an dem Gehäuse und die zweite Komponente an dem Abtrieb positionsfest fixiert.
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Die Erfindung betrifft ferner ein Robotergelenk für einen erfindungsgemäßen Roboter. Das Robotergelenk umfasst ein Getriebe und einen Motor. Das Getriebe weist einen um eine Antriebsachse zu einem Gehäuse des Robotergelenks drehbar gelagerten Antrieb und einen um eine Abtriebsachse zu dem Gehäuse drehbar gelagerten Abtrieb auf. Der Motor ist ein Antrieb des Getriebes angeschlossen. Das Robotergelenk weist einen Absolutwertgeber zum Erfassen einer absoluten Drehposition des Abtriebs bezogen auf die Abtriebsachse auf. Die Drehposition ist somit eine Drehposition mit Bezug eine Drehung um die Abtriebsachse. Der Absolutwertgeber weist eine erste, mit dem Gehäuse positionfest verbundene Komponente und eine zweite, mit dem Abtrieb positionfest verbundene Komponente auf. Eine der Komponenten weist eine Platine auf, auf der zumindest eine erste und eine zweite Widerstandsbahn angeordnet sind, die als Kreisringe ausgebildet sind, die um ein gemeinsames Ringzentrum, durch das die Abtriesachse verläuft, umlaufend und radial voneinander beabstandet verlaufen und die jeweils zumindest eine Unterbrechung, an der jeweils ein elektrischer Anschlusskontakt vorgesehen ist, und/oder zumindest einen elektrischen Anschlusskontakt aufweisen. Die zumindest eine Unterbrechung bzw. der zumindest eine elektrische Anschlusskontakt der ersten Widerstandsbahn ist von der zumindest einen Unterbrechung bzw. dem zumindest einen elektrischen Anschlusskontakt der zweiten Widerstandsbahn in einem Abstandswinkel um das Ringzentrum beabstandet. Die andere der Komponenten weist zwei Abgriffkontakte auf, von denen jeder an jeweils einer der Widerstandsbahnen in einem Gleitkontakt elektrisch leitend anliegt. Bevorzugt sind die Abgriffkontakte als Schleifbürstenkontakte ausgebildet. Das Robotergelenk kann weitere Merkmale aufweisen, die im Zusammenhang mit einem erfindungsgemäßen Roboter erläutert sind. Entsprechend kann der erfindungsgemäße Roboter Merkmale aufweisen, die im Zusammenhang mit einem erfindungsgemäß Robotergelenk beschrieben sind. Allgemein bevorzugt verlaufen Abtriebsachse und Antriebsachse parallel, insbesondere fallen Abtriebsachse und Antriebsachse zusammen und bilden eine Drehachse des Getriebes.
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Die Erfindung betrifft ferner einen Roboter mit erfindungsgemäßen Robotergelenk. Der Roboter weist einen Controller zum Bestimmen einer vorgegebenen Absolutposition eines Manipulators des Roboters auf. Die Absolutposition des Manipulators hängt von der Drehposition des Abtriebs des Robotergelenks ab. Der Controller ist dazu ausgebildet, die Absolutposition in Abhängigkeit von einem von dem Absolutwertgeber des Robotergelenks empfangenen Messwert zu bestimmen. Der Controller ist somit dazu ausgebildet, den von dem Absolutwert ausgegebenen Messwert auszulesen bzw. zu empfangen und in funktionaler Abhängigkeit von diesem Messwert die Absolutposition des Manipulators zu bestimmen. Die funktionale Abhängigkeit kann in einer Funktion enthalten sein, in die weitere Parameter einfließen, insbesondere Messwerte, die der Controller von Absolutwertgebern weiterer Robotergelenke des Roboters empfängt bzw. ausliest. Besonders bevorzugt weist der Roboter mehrere erfindungsgemäße Robotergelenke auf, deren Absolutwertgeber jeweils zum Ausgeben eines Messwerts zur Charakterisierung der Drehposition ihres jeweiligen Abtriebs ausgebildet ist, wobei durch die von den Absolutwertgebern sämtlicher Robotergelenke des Roboters ausgegebenen Messwerte die Absolutposition des Manipulators eindeutig charakterisiert ist und wobei der Controller zum Bestimmen der Absolutposition des Manipulators aus den von den sämtlichen Absolutwertgebern empfangenen Messwerten ausgebildet ist. Der Controller ist bei der bevorzugten Ausführungsform somit dazu ausgebildet, aus den Messwerten, die er von sämtlichen Robotergelenken des Roboters empfängt bzw. ausließt, wobei jeder Messwert, der von dem jeweiligen Absolutwertgeber ausgelesen wird, die absolute Drehposition des Abtriebs des jeweiligen Robotergelenks, das den jeweilige Absolutwertgeber umfasst, definiert, eindeutig die Absolutposition im Raum des Manipulators des Roboters zu bestimmen.
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Die Erfindung betrifft ferner die Verwendung eines erfindungsgemäßen Robotergelenks zum Justieren einer Ausgabe von Messwerten, die der Absolutwertgeber zur Charakterisierung der absoluten Drehposition des Antriebs des Robotergelenks ausgibt. Bei der erfindungsgemäßen Verwendung wird zumindest ein vorgegebener Drehwinkel, bezogen auf eine Drehung um das Ringzentrum, zwischen den Komponenten eingestellt. Ein vorgegebener Drehwinkel entspricht einer vorgegebenen absoluten Drehposition des Abtriebs bezogen auf die Abtriebachse. Bevorzugt werden über einen Umlauf von 360° hinweg mehrere unterschiedlich vorgegebene Drehwinkel, insbesondere zumindest 10, insbesondere zumindest 20, insbesondere zumindest 30, insbesondere zumindest 36, gleichmäßig um das Ringzentrum verteilte Drehwinkel eingestellt. Zu jedem eingestellten Drehwinkel, d. h. während der jeweilige vorgegebene Drehwinkel eingestellt ist, wird über beide Abgriffkontakte gemeinsam ein Messignal abgegriffen. Während des Agreifens des Messsignals sind die Komponenten somit in dem vorgegebenen Drehwinkel zueinander angeordnet. Die Anordnung der Komponenten zueinander in unterschiedlichen Drehwinkeln erfolgt dabei selbstverständlich, währen der Abtrieb und das Gehäuse außer einer Drehbeweglichkeit um das Ringzentrum in ihrer Position zueinander festgelegt sind. Das Messsignal, das wie erläutert über beide Abgriffkontakte abgegriffen wird, wird zusammen mit dem vorgegebenen Drehwinkel als zusammengehörendes Wertepaar in eine elektronische Komponente, die auf der Platine angeordnet ist, abgelegt. Somit ist durch das Wertepaar eine Zuordnung eines vorgegebenen Drehwinkels zu einem zugeordneten Messsignal gegeben. Bei der erfindungsgemäßen Verwendung wird anschließend, nachdem die Zuordnung erfolgt ist, insbesondere die Wertepaare betreffend sämtliche unterschiedlich vorgegebene Drehwinkel in der elektronischen Komponente abgelegt sind, von dem Absolutwertgeber ein Messwert zur Charakterisierung der absoluten Drehposition des Abtriebs unter Berücksichtigung dieses Wertepaares, bzw. bei dem Vorsehen unterschiedlicher vorgegebener Drehwinkel der jeweiligen Wertepaare, ausgeben. Somit werden bei der Verwendung des Robotergelenks bei einem bestimmungsgemäßen Betrieb eines Roboters mit diesem Robotergelenk die Messwerte zur Charakterisierung der Drehposition des Abtriebs des Robotergelenks von dem Absolutwertgeber stets unter Berücksichtigung dieses Wertepaars bzw. dieser Wertepaare und somit der erläuterten Zuordnung ausgegeben. Die Wertepaare stellen somit Referenzwerte dar, wobei durch die Berücksichtigung der Referenzwerte eine hinreichend präzise Charakterisierung der Drehposition durch die von den Absolutwertgeber ausgegebenen Messwerte gewährleistet ist.
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Die Erfindung betrifft ferner die Verwendung eines erfindungsgemäßen Roboters, wobei durch den Controller des Roboters die Absolutposition des Manipulators bestimmt wird und als Referenzposition in dem Controller festgelegt wird. Anschließend steuert der Roboter sämtliche Motoren sämtlicher Robotergelenke des Roboters unter Berücksichtigung der Referenzposition dazu an, den Manipulator auf einer festgelegten, durch Absolutkoordinaten im Raum definierten Bewegungsbahn zu bewegen. Die erfindungsgemäße Verwendung ermöglicht es somit, ohne manuelle Referenzwertsetzung die Absolutposition des Manipulators zu erfassen, beispielsweise auch nach Stromausfall, sodass der Roboter ausgehend von der Absolutposition, die er auf Basis der absoluten Drehpositionen ermittelt, die er aus den Messwerten der Absolutwertgeber der Robotergelenke des Roboters ermittelt, den Manipulator gezielt in eine Startposition verfahren kann, indem er die Motoren der Robotergelenke dazu ansteuert, den Manipulator ausgehend von der ermittelten Absolutposition entlang der festgelegten Bewegungsbahn zur Startposition zu fahren.
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Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf zwei Figuren anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert.
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Es zeigen:
- 1: In einer schematischen Prinzipdarstellung eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Roboters;
- 2: In einer schematischen Prinzipdarstellung die Komponenten des Absolutwertgebers einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Robotergelenks;
- 3: In einer schematischen Prinzipdarstellung die Komponenten des Absolutwertgebers einer weiteren Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Robotergelenks.
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In 1 umfassend die 1A, 1B und 1C ist ein erfindungsgemäßer Roboter 1 mit mehreren erfindungsgemäßen Robotergelenken 3, 6 sowie in vergrößerter Darstellung und Detailansicht ein einzelnes erfindungsgemäßes Robotergelenk 6 des Roboters 1 in verschiedenen Prinzipdarstellung dargestellt. Aus 1A ist das Grundprinzip einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Roboters 1 ersichtlich. Der Roboter 1 umfasst einen Standfuß 2, an dem ein Robotergelenk 3 positionsfest fixiert ist. Dieses Robotergelenk 3 weist einen Abtrieb auf, an dem ein Roboterarm 4 angeordnet ist, der vorliegend als Winkelgetriebe bzw. Gelenkverbinder mit einer Abwinklung von 90° ausgebildet ist. An diesem Roboterarm 4 ist ein weiteres Robotergelenk 3 angeordnet, an dem ein Roboterarm umfassend zwei Gelenkverbinder angeordnet ist, an die sich wiederum ein weiteres Robotergelenk 3 und ein weiterer Roboterarm 4 anschließen, wobei dieser weitere Roboterarm 4 ein Adapter 5 umfasst, der zur Verringerung des Durchmessers des Roboters ausgebildet ist. An den Adapter 5 ist ein weiteres Robotergelenk 6 angeordnet, das kleiner ist als die zuvor genannten Robotergelenke 3 und somit das Gewicht des Roboters 1 fern seines Standfußes 2 reduziert. An dieses Robotergelenk 6 sind weitere Paare von Roboterarmen 4 und Robotergelenk 6 angeschlossen. Durch die hintereinandergereihte Anordnung von Paaren von Robotergelenken 3, 6, an deren Abtrieb jeweils ein Roboterarm 4 angeordnet ist, ist ein Roboter 1 bereitgestellt, der komplexe Bewegungen ausführen kann.
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Aus den 1B und 1C ist das Grundprinzip einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Robotergelenks 6, wie es bei dem in 1A gezeigten Roboter 1 zur Anwendung kommt, ersichtlich. Das Robotergelenk 6 weist ein Gehäuse 62 auf, in dem das Getriebe und der Motor angeordnet sind. Das Gehäuse 62 wird an einem Referenzpunkt positionsfest fixiert, beispielsweise an der mit 1 dargestellten Standfuß 2 oder an einem vorgeschalteten Roboterarm 4. Bei einer bestimmungsgemäßen Verwendung des Roboters 1 bzw. des Robotergelenks 6 treibt der Motor mit seinem Rotor 63 den Antrieb des Getriebes an. Am Abtrieb 61 des Getriebes ist ein Montageflansch 610 vorgesehen, an den beispielsweise ein Roboterarm 4 oder ein nicht dargestellter Manipulator befestigt werden kann, der somit bei der bestimmungsgemäßen Verwendungen durch das Getriebe übersetzt von dem Motor des Robotergelenks 6 angetrieben werden kann. Der Abtrieb 61 ist durch ein Lager 7 am Gehäuse 62 gelagert. Erfindungsgemäß allgemein bevorzugt ist das Getriebe als Wellgetriebe ausgebildet, wie dies beispielhaft auch in 1C gezeigt ist. Ein solches Wellgetriebe weist einen Wellgenerator auf, der den Antrieb des Getriebes ausbildet, sowie einen Wellring, der den Abtrieb des Getriebes ausbildet, und einen Außenring. Der Wellring weist eine Außenverzahnung auf, und der Außenring weist eine Innenverzahnung auf. Der Wellgenerator kann bei der bestimmungsgemäßen Verwendung radial innen an dem Außenring abrollen, abwälzen oder abgleiten, wobei sich der Wellring entsprechend der Übersetzung dreht, die durch das Verhältnis der Anzahl der Zähne der Außenverzahnung des Wellrings zu der Anzahl der Zähne der Innenverzahnung des Außenrings festgelegt ist. Die Funktionsweise eines Wellgetriebes ist dem Stand der Technik hinlänglich bekannt. Der Wellgenerator ist um die Drehachse des Getriebes, die der Antriebsachse und der Abtriebsachse entspricht, die somit fluchtend und somit zusammenfallend angeordnet sind, asymmetrisch ausgebildet, sodass er nur über Anpressabschnitte und nicht vollumfänglich am Wellring anliegt und diesen mit seiner Außenverzahnung in die Innenverzahnung des Außenrings presst. Indem der Wellgenerator sich in dem Wellring dreht und somit relativ zu dem Wellring dreht und somit während seiner Drehung um die Drehachse in Abhängigkeit von seiner Drehposition relativ zur Drehachse an unterschiedlichen Abschnitten radial innen am Wellring anliegt, wird der Wellring mit jeweils unterschiedlichen Abschnitten, die gemäß der Drehung des Wellgenerators umlaufen, mit dem Außenring in Eingriff gebracht, wodurch sich der Wellring relativ zum Außenring dreht, da er eine andere Anzahl an Zähnen seiner Außenverzahnung aufweist als der Außenring an seiner Innenverzahnung. Bekanntlich hängt die vom Wellgetriebe ermöglichte Übersetzung von dem Verhältnis der Anzahl der Zähne der Außenverzahnung des Wellrings zu der Anzahl der Zähne der Innenverzahnung des Außenrings ab. Meist ist das Verhältnis < 1, vorzugsweise weist die Außenverzahnung des Wellrings 2-6 Zähne weniger als die Innenverzahnung des Außenrings auf. Ein solches Wellgetriebe lässt sich besonders platzsparend in dem Robotergelenk integrieren. Besonders bevorzugt ist der Motor zumindest abschnittsweise sowohl axial als auch radial innerhalb des Wellgetriebes angeordnet. Der Wellgenerator kann, wie dem vorliegenden Ausführungsbeispiel gezeigt, den Rotor des Elektromotors umfassen. Anhand von 1C ist ersichtlich, dass der Absolutwertgeber, wie er in dem erfindungsgemäßen Robotergelenk 6 zur Anwendung kommt, besonders platzsparend in dem Robotergelenk integriert sein kann, insbesondere dann, wenn das Robotergelenk ein Wellgetriebe aufweist. Bei der vorliegend beschriebenen Ausführungsform ist die Platine 8 des Absolutwertgebers an dem Gehäuse 62 positionsfest fixiert, wobei sich der Wellring mit einem zylinderförmigen Abschnitt, der den Abtrieb 61 ausbildet, durch eine in der Platine 8 vorgesehenen Aussparung 10 erstreckt. An dem Wellring und somit positionsfest mit dem Abtrieb 61 verbunden sind zwei Abgriffkontakte 9 vorgesehen.
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Das Prinzip einer Ausführungsform eines Absolutwertgebers, der in einem erfindungsgemäßen Robotergelenk 3, 6 zum Einsatz kommt, ist in einem Ausführungsbeispiel in 2 gezeigt. Aus 2 ist ersichtlich, dass der Absolutwertgeber eine Platine 8 und zwei der Abgriffkontakte 9 aufweist. Die Abgriffkontakte 9 sind jeweils als Brückenkontakte ausgebildet, die jeweils genau einer Widerstandsbahn 11, 12 und genau einer Leiterbahn 81, 82 zugeordnet sind, die jeweils auf der Platine 8 aufgebracht sind. Die Widerstandsbahnen 11, 12 und die Leiterbahnen 81, 82 sind jeweils als Kreisring ausgebildet, der kreisförmig um ein Ringzentrum verläuft, das mit der Abtriebsachse zusammenfällt. Die Widerstandsbahnen 11, 12 weisen jeweils eine Unterbrechung 110, 120 auf. Die Unterbrechungen 110, 120 der Widerstandsbahnen 11, 12 sind um 180°, bezogen auf eine Drehung das Ringzentrum, zueinander versetzt. Die Leiterbahnen 81, 82 sind um das Ringzentrum ununterbrochen umlaufend ausgebildet.
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Die Unterbrechungen 110, 120 sind zwischen zwei Enden eines Kreisringsegments der jeweiligen Widerstandsbahn 11, 12 angeordnet. Vorliegend weisen die Widerstandsbahnen 10, 12 jeweils nur eine einzige Unterbrechung 110, 120 auf, sodass die Widerstandsbahnen 11, 12 jeweils nur einen Kreisringabschnitt haben, der mit seinen Enden an die Unterbrechungen des 110 oder 120 angrenzt. An den beiden Enden des Kreisringabschnitts ist jeweils ein Anschlusskontakt 111, 112, 121, 122 der Widerstandsbahnen 11, 12 angeordnet, der somit unmittelbar an die Unterbrechung 110, 120 angrenzt. Über die Anschlusskontakte 111, 112, 121, 122 können die Widerstandsbahnen 11, 12 gezielt mit einem vorgegebenen Potential beaufschlagt werden, das über die Abgriffkontakte 9 jeweils abgegriffen werden kann. Die Abgriffkontakte 9 verbinden als Brücke elektrisch leitend die ihnen jeweils zugeordneter Leiterbahn 81, 82 mit der ihnen jeweils zugeordneten Widerstandsbahn 11, 12. Diese durch die Abgriffkontakte 9 bereitgestellte elektrisch leitende Verbindung ist nur dann unterbrochen, wenn sich die Abgriffkontakte 9 innerhalb des radialen Bereichs der ihnen zugeordneten Widerstandsbahn 11, 12 ausschließlich innerhalb der jeweiligen Unterbrechung 110, 120 erstrecken. Die Leiterbahnen 81, 82 weisen jeweils ebenfalls einen ihnen zugeordneten Anschlusskontakt 811, 821 auf. Dieser Anschlusskontakt 811, 821 ist elektrisch leitend mit an der Platine 8 vorgesehenen Leitern 83 verbunden, durch die die Anschlusskontakte 811, 821 der Leiterbahnen 81, 82 mit elektronischen Komponenten der Platine 8 elektrisch leitend verbunden sind. Die elektronischen Komponenten sind im Wesentlichen auf der Platinenseite angeordnet, die der Platinenseite abgewandt ist, auf der die Leiterbahnen 81, 82 und Widerstandsbahnen 11, 12 angeordnet sind. Somit sind die elektronischen Komponenten in 2 nicht gezeigt sondern auf der in 2 nicht dargestellten Platinenseite vorgesehen.
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Aus 2 ist ersichtlich, dass der Absolutwertgeber besonders platzsparend in einem Robotergelenk 6 integriert werden kann und besonders kostengünstig herstellbar ist, wobei durch das Versetzen der Unterbrechungen 110, 120 bzw. durch das Versetzten der Abriffkontakte 121, 122 zu den Abgriffkontakten 111, 112 um 180° und das gezielte Beaufschlagen der Widerstandsbahnen 11, 12 mit Potentialen und durch das Bereitstellen einer elektrisch leitenden Verbindung zwischen der jeweiligen Widerstandsbahn 11, 12 und den zugeordneten Leiterbahnen 81, 82 durch die Abgriffkontakte 9 eine zuverlässige Ermittlung einer absoluten Drehposition der Platine 8 relativ zu den Abgriffkontakten 9 und somit des Abtriebs zur Abtriebsachse gewährleistet ist. Durch das erfindungsgemäß allgemein vorteilhafte Vorsehen der Unterbrechungen 110, 120, an deren beiden Seiten jeweils ein Anschlusskontakt 111, 112, 121, 122 vorgesehenen ist, können die Widerstandsbahnen 11, 12 besonders gezielt so mit einem Potential beaufschlagt werden, dass ein von den Widerstandsbahnen 11, 12 abgegriffenes Potential eindeutig mit einer absoluten Drehposition der Komponenten des Absolutwertgebers zueinander um die Abtriebsachse korreliert.
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In 3 umfassend die 3A und 3B ist in schematischen Prinzipdarstellungen das Grundprinzip eines Absolutwertgebers einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Robotergelenks 3, 6 dargestellt. Im Wesentlichen entspricht das Prinzip des Absolutwertgebers dem zu 2 erläuterten Prinzip. Aus 3A ist ersichtlich, dass an der Platinenseite, an der die in 3 nicht dargestellten Wiederstands- und Leiterbahnen 11, 12, 81, 82 angeordnet sind, elektrische Anschlusseinrichtungen 85, 86 vorgesehen sind, die als herkömmliche Anschlussschnittstellen ausgebildet sein können, auf die eine korrespondierende Anschlusseinrichtung des Roboters 1 aufgesteckt werden kann, die mit dem Controller des Roboters 1 verbunden ist. Ferner ist aus 3A ersichtlich, dass die elektronischen Komponenten 84 umfassend zumindest einen Microcontroller und zumindest einen AD-Wandler an der Platinenseite angeordnet sind, die von der Platinenseite abgewandt ist, eine die Widerstands- und Leiterbahnen 11, 12, 81, 82 angeordnet sind. Aus der Zusammenschau der 3A und 3B ist ferner ersichtlich, dass die Abgriffkontakte 9 als Brücke bzw. Brückenkontakt ausgebildet sind und somit jeweils einen ersten und einen zweiten Schleifbürstenkontakt 91, 92 aufweisen. Mit einem dieser Schleifbürstenkontakte 91, 92 liegen die Abgriffkontakte 9 an der ihnen zugeordneten Widerstandsbahn 11, 12 an, mit dem anderen der Schleifbürstenkontakte 91, 92 liegen die Abgriffkontakte 8 an der ihnen zugeordneten Leiterbahn 81, 82 elektrisch leitend an. Aus 3B ist ersichtlich, dass die Abgriffkontakte 9 an einem starren Gehäusekörper 90 gehalten sind, die bestimmungsgemäß an dem Abtrieb 61 oder dem Gehäuse 62, bevorzugt positionsfest an dem Abtrieb 61, positionsfest fixiert ist. Die Schleifbürstenkontakte 91, 92 der Abgriffkontakte 9 sind dabei federelastisch ausgebildet, sodass sie in dem Robotergelenk 3, 6, d. h. bei installiertem Absolutwertgeber, mit einer Federkraft elektrisch leitend an den ihnen zugeordneten Widerstands- bzw. Leiterbahnen 11, 12, 81, 82 anliegen, wodurch ein dauerhaft zuverlässiger Schleifkontakt bereitgestellt ist.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Roboter
- 2
- Standfuß
- 3, 6
- Robotergelenk
- 4
- Roboterarm
- 5
- Adapter
- 7
- Lager
- 8
- Platine
- 9
- Abgriffkontakte
- 10
- Aussparung
- 11, 12
- Widerstandsbahn
- 61
- Abtrieb
- 62
- Gehäuse
- 63
- Rotor
- 81, 82
- Leiterbahn
- 83
- Leiter
- 84
- elektronische Komponente
- 85,86
- Anschlusseinrichtung
- 90
- Gehäusekörper
- 91, 92
- Schleifbürstenkontakt
- 110, 120
- Unterbrechung
- 111, 112, 121, 122
- Anschlusskontakt
- 610
- Montageflansch
- 811, 821
- Anschlusskontakt
