DE3929139A1

DE3929139A1 - Robot arm for incorporation in industrial robots - has secure power circuit guide and compact construction allowing max. travel of tool connector

Info

Publication number: DE3929139A1
Application number: DE3929139A
Authority: DE
Inventors: Hartwig Sprung; Franz Dipl Ing Schulte; Eberhard Becker; Roland Ing Grad Staggl; Manfred Dipl Ing Stoeber; Michael Rosin
Original assignee: Mannesmann AG
Current assignee: Vodafone GmbH
Priority date: 1989-08-30
Filing date: 1989-08-30
Publication date: 1991-03-14
Also published as: DE3929139C2; DE8911959U1

Abstract

The robot arm has power circuits to motors and an attaching element for tools, workpieces and interchangeable claws. The robot arm can be designed as a component for industrial robots, such as portal robots and has a secure power circuit guide and even after mounting on basic equipment with small external dimensions provides the largest possible travel for the tool connector. For such a design the E-axis motor (21E) has an angled drive (69) and a toothed wheel (22) for a power belt (23) inside the tubular arm body (6). The power belt connects a toothed wheel (24) on an axis (26E) of an E-axis drive with a rotating fork and a swivelling head. Control and energy circuit lines are guided past the motor (21E) to a connecting flange (39) for the interchangeable claw system and also to a P-axis motor. USE/ADVANTAGE - Functions as a robot arm for industrial robots, e.g. line or portal robots. Safe guidance of the power circuits. Allows the largest possible travel of the tool connector even after integration in basic equipment with small external dimensions.

Description

Die Erfindung betrifft einen Roboterarm mit Energie- und Steuerimpuls- Zuführungen zu dessen Motoren sowie Anschlußstück für Greiferwechselsysteme, Greifer, Werkstücke und/oder Sensoren, wobei sich Drehachsen D, E, P von Arbeitsarm, Schwenkkopf und Anschlußstück in einem gemeinsamen Schnittpunkt treffen und der D-Achsen-Antriebsmotor zum Drehen eines in einer Hubsäule geführten Torsionselementes am oberen Ende des Hubsäule angeordnet ist.The invention relates to a robot arm with energy and control pulse Feeds to its motors and connector for Gripper changing systems, grippers, workpieces and / or sensors, whereby Rotary axes D, E, P of working arm, swivel head and connector in meet a common intersection and the D-axis drive motor for rotating a torsion element in a lifting column at the top End of the lifting column is arranged.

Ein Roboterarm dieser Art ist durch die DE-PS 31 13 184 bekannt und wird von Hydromotoren bewegt, die den ganzen Querschnitt des Roboterarms beanspruchen, so daß die Führung der Druckmittelschläuche und Steuerleitungen erschwert ist. Sie müssen zum Teil außerhalb des Roboterarms angeordnet sein und können beim Bewegen des Roboters an vorstehenden Teilen hängenbleiben. Der Roboterarm nach der DE-OS 36 31 024 ist für größere Lasten ausgelegt und hat eine stabile Hubsäule, in der die Führung der Energie- und Steuerleitungen nicht besonders schwierig ist. Dieser Roboterarm hat aber den Nachteil, daß er sich wegen seiner sperrigen drehbaren Motoren nicht mit seinem oberen Ende neben sein Fahrwerk bzw. Träger absenken läßt, so daß sich für die Gesamtanlage bei einem bestimmten Vertikal-Hub eine große Mindest-Hallenhöhe ergibt.A robot arm of this type is known from DE-PS 31 13 184 and is moved by hydraulic motors that cover the whole cross section of the robot arm claim so that the leadership of the pressure hoses and Control lines is difficult. Some of them have to be outside the Robot arm can be arranged and can move when moving the robot protruding parts get caught. The robot arm according to the DE-OS 36 31 024 is designed for larger loads and has a stable Lift column in which the routing of the power and control lines is not is particularly difficult. However, this robot arm has the disadvantage that it because of its bulky rotatable motors not with its upper one End next to his undercarriage or carrier can be lowered, so that for the Overall system with a certain vertical stroke a large one Minimum hall height results.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, einen Roboterarm als Komponente für Industrie-Roboter, wie Linien- und/oder Flächenportal-Roboter so zu gestalten, daß seine Leitungsführung sicher ist und daß sich durch seine kompakte Bauweise auch nach der Integration mit einem Grundgerät für dieses Gesamtgerät mit geringen Hauptabmessungen größtmögliche Fahrwege des Anschlußstückes für Greifer und dgl. ergeben, wobei der störende Querschnitt der Hubsäule zum Eintauchen des Gerätes in beengten Räumen gering ausfällt und eine wartungsfreundliche sowie wirtschaftliche Ausführung zu erzielen ist.The object of the invention is therefore a robot arm as a component for Industrial robots, such as line and / or area portal robots design that his management is secure and that his compact design even after integration with a basic device for this overall device with small main dimensions, the largest possible travel routes of the connector for grippers and the like. The disruptive Cross section of the lifting column for immersing the device in confined spaces is small and easy to maintain and economical Execution is to be achieved.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß die Drehachse E von einem im unteren Bereich der Hubsäule angeordneten Motor mit Winkelgetriebe und Zahnscheibe über ein Zugmittel angetrieben wird, das die außermittig zu den Drehachsen D und P angeordnete Zahnscheibe des E-Achsen-Getriebes antreibt, daß die Energie- und Steuerleitungen innerhalb der Hubsäule seitlich am E-Achsen-Motor vorbei zu einem Anschlußflansch für das Greiferwechselsystem und bei Bedarf zu einem P-Achsen-Motor geführt sind.To solve this problem, the invention proposes that the Axis of rotation E of a motor arranged in the lower region of the lifting column is driven with a bevel gear and toothed lock via a traction mechanism, that the toothed disc arranged off-center to the axes of rotation D and P. of the E-axis gearbox drives the power and control lines inside the lifting column to the side of the E-axis motor Connection flange for the gripper changing system and, if necessary, to one P-axis motor are guided.

Durch die Verwendung eines schlanken Motors im Inneren der Hubsäule wird die Führung der Leitungen an diesem vorbei ermöglicht, ohne daß die Hubsäule einen besonders großen Querschnitt oder vorstehende Teile hat. Der D-Achsen-Antriebsmotor zum Drehen des Torsionselementes ist so neben der Hubsäule angeordnet, daß er an einem Träger für die Hubsäule vorbeigeführt werden kann, so daß eine große Bewegungshöhe möglich ist.By using a slim motor inside the lifting column the routing of the lines past this allows without the Has a particularly large cross section or protruding parts. The D-axis drive motor for rotating the torsion element is next to it arranged the lifting column that he on a support for the lifting column can be passed so that a large amount of movement is possible.

Vorzugsweise werden Elektromotoren kleinen Durchmessers verwendet, denen zum Ermitteln der genauen Position Wegaufnehmer in Form von Winkelcodierern zugeordnet sind, die von den Motoren über zusätzliche Zahnriemen-Zugmittel angetrieben werden.Small diameter electric motors are preferably used to determine the exact position of the transducer in the form of Angle encoders are assigned by the motors via additional Toothed belt traction devices are driven.

Da die Lebensdauer der Steuer- und Energieleitungen durch die vielen Bewegungsspiele begrenzt ist, wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß die an dem E-Achsen-Motor vorbeigeführten Leitungen zu Steckverbindungen in einem Steckerraum geführt werden, so daß die im E-Achsen-Bereich liegenden Leitungen bei Bedarf schnell ausgewechselt werden können, während die im beengten Motoren-Bereich liegenden Leitungen, die diesen Beanspruchungen nicht ausgesetzt sind, eingebaut bleiben können. Der Steckerraum befindet sich in einer Ausnehmung eines Rotationselementes in Höhe des Zugmittels.Because the life of the control and power lines through the many Movement games is limited, the invention proposes that the cables that lead past the e-axis motor to plug connections be guided in a connector compartment, so that in the E-axis area horizontal lines can be quickly replaced if necessary, while the lines lying in the cramped engine area, these Are not exposed to stresses, can remain installed. The The plug compartment is located in a recess in a rotary element at the level of the traction device.

Um zu dieser Ausführung passend einen kompakten, wartungsfreundlichen Antrieb aus standardisierten Aggregaten für die P-Achsen zu erzielen, wird weiterhin erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß der Schwenkkopf der Drehachse E gabelförmig ausgebildet ist, wobei die Arme der Gabel über einen ringförmigen Ansatz miteinander verbunden sind, der ein Anschlußstück für ein Greiferwechselsystem oder dgl. sowie eine Zahnscheibe für deren Drehantrieb trägt. Der zugehörige Motor ist zusammen mit einem Wegaufnehmer auf einem dreiteiligen Flansch angeordnet, der von einem mit dem Schwenkkopf verbundenen Getriebe getragen wird.In order to match this version a compact, easy to maintain To achieve drive from standardized units for the P-axes, is further proposed according to the invention that the swivel head of Axis of rotation E is fork-shaped, the arms of the fork over a ring-shaped approach are connected together, the one Connector for a gripper changing system or the like. And a Toothed lock washer for their rotary drive. The associated engine is together with a displacement sensor on a three-part flange arranged, of a gear connected to the swivel head will be carried.

Die Motoren für die Drehachsen D, E und P sind jeweils auf dem Modul angeordnet, dessen Lagerung das durch ihn zu drehende Achs-Modul aufnimmt. Bei dieser Bauweise führen die Bewegungen jedes einzelnen Motors zu einer entsprechenden Bewegung der ihm zugeordneten Drehachse, die nicht durch die Bewegung der anderen Motoren des Roboterarms beeinflußt werden können. Diese Bauweise erleichtert das Erstellen der Software. Der im Bereich der Drehachse E vorhandene Flexschlauch trennt die außen in seinem oberen Bereich befestigten Energie- und Steuerimpulsleitungen, die zu dem P-Achsen-Motor und Wegaufnehmer führen und locker um den Flexschlauch geführt sind, von den Druckmittelleitungen, die anderen Bewegungszwängen unterworfen sind. Deren Leitungsführung ermöglicht einen Längsverschiebungsausgleich, denn die unteren Winkelstücke mit den damit verbundenen Druckmittelleitungen werden im Leitringträger des Flexschlauches längsverschieblich gehalten, so daß sie hinter der Drehachse E neben einer mehr als 360-Grad-Drehbewegung (380 Grad) der Drehachse P auch gleichzeitig unbehindert eine 180-Grad-Drehbewegung der Drehachse E in Form von Verdrehung und Biegung der Druckmittelleitungen durchführen können. The motors for the rotary axes D, E and P are each on the module arranged, the storage of the axis module to be rotated by him records. With this design, the movements of each individual lead Motor for a corresponding movement of the axis of rotation assigned to it, which is not due to the movement of the other motors of the robot arm can be influenced. This design facilitates the creation of the Software. The flexible hose in the area of the axis of rotation E separates the energy and fortified outside in its upper area Control pulse lines leading to the P-axis motor and displacement sensor and are loosely guided around the flexible hose by the Fluid lines that are subject to other movement constraints. Their cable routing enables longitudinal displacement compensation, because the lower elbows with the associated pressure medium lines are held longitudinally displaceably in the guide ring carrier of the flexible hose, so that they are behind the axis of rotation E next to a more than 360-degree rotation (380 degrees) of the axis of rotation P also simultaneously a 180 degree rotation of the rotation axis E in the form of Can twist and bend the pressure medium lines.

Diese Leitungen können zumindest teilweise als Spiralkabel zum Anschlußstück geführt sein.These lines can at least partially as spiral cables to Be connector.

Die Leitungsführung ist so gewählt, daß die einzelnen Leitungen bei Bedarf schnell ausgebaut und durch neue ersetzt werden können. Das gilt auch für den Flexschlauch, der auch als reine Führungsspirale ausgebildet sein kann. Er hält der hohen dynamischen Beanspruchung mit einer Lebensdauer von mehr als 1 Mio. Lastspielen dadurch stand, daß er am oberen Ende drehfest angeordnet ist und sich beim Abknicken um 90 Grad mit dem unteren Ende frei drehen kann. Die Energie- und Steuerleitungen sind im Bereich der Schwenkgabel mittels Gleitfolienmaterial auf selbstklebender gewebeverstärkter PTFE-Basis vor Reibverschleiß geschützt.The cable routing is selected so that the individual cables are at Needs can be quickly expanded and replaced with new ones. That applies also for the flexible hose, which can also be used as a pure spiral guide can be trained. It keeps up with the high dynamic stress a lifespan of more than 1 million load cycles because he is rotatably arranged at the upper end and turns around when kinking Can freely rotate 90 degrees with the lower end. The energy and Control lines are in the area of the swivel fork Sliding film material based on self-adhesive, reinforced PTFE Protected against fretting.

Die Energiezuführung zum Roboterarm erfolgt über eine Energiezuführungskette, die in einem gemeinsamen Montage-Trennraum in eine weitere senkrechte Energiezuführungskette übergeht, die in einem Trennraum endet und Leitungen mit Steckverbindungen zu den weiterführenden Leitungen hat. Durch die Anordnung des D-Achsen-Motors mit Getriebe und Winkelcodierer auf der Seite der Hubsäule, die dem Trennraum gegenüber liegt, wird ein Vorbeibewegen des Roboterarms an seinem Träger ermöglicht, so daß ein großer Arbeitsbereich erzielt wird.The energy supply to the robot arm takes place via a Energy supply chain in a common assembly-separation room in another vertical energy supply chain that passes in one Separation space ends and lines with plug connections to the has continuing lines. Due to the arrangement of the D-axis motor with gear and encoder on the side of the lifting column, which the Separation space is opposite, the robot arm will move past allows its wearer so that a large working area is achieved becomes.

Ein weiteres erfinderisches Merkmal ist, daß alle Wegaufnehmer bzw. Winkelcodierer die gleiche Nenndrehzahl haben und mittels Zugmitteln direkt oder indirekt mit den ihnen zugeordneten Motoren verbunden sind, die eine andere, aber untereinander gleiche Drehzahl ermöglichen, und demzufolge auch drei gleiche elektrische Regler-Moduln eingesetzt sind.Another inventive feature is that all displacement transducers or Encoders have the same nominal speed and by means of traction are directly or indirectly connected to the motors assigned to them, which enable a different, but mutually identical speed, and consequently, three identical electrical controller modules are used.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind den Unteransprüchen und den Zeichnungen eines Ausführungsbeispieles zu entnehmen. Es zeigtFurther advantageous embodiments of the invention are the Subclaims and the drawings of an embodiment remove. It shows

Fig. 1 einen kompletten Roboterarm mit Energiezuführungen in tiefster Position an einem Fahrwerk mit dessen Träger an einer Stütze in der Seitenansicht, Fig. 1 a complete robot arm with energy supply in the deepest position on a chassis with its carrier on a support in the side view,

Fig. 2 die Stirnansicht von Fig. 1, Fig. 2 shows the end view of Fig. 1,

Fig. 3 die Draufsicht auf Fig. 1, Fig. 3 shows the top view of Fig. 1,

Fig. 4 die Hubsäule nach Fig. 1 ohne elektrische Ausrüstung in größerem Maßstab, Fig. 4, the lift column of FIG. 1 without electric equipment on a larger scale,

Fig. 5 die Stirnansicht von Fig. 4, Fig. 5 shows the end view of Fig. 4,

Fig. 6 das untere Ende von Fig. 5 mit der elektrischen Ausrüstung in größerem Maßstab, Fig. 6, the lower end of Fig. 5 with the electrical equipment on a larger scale,

Fig. 7 den Schnitt VII-VII durch die Fig. 6, Fig. 7 shows the section VII-VII through Fig. 6,

Fig. 8 die Teilansicht A aus Fig. 6 in größerem Maßstab, Fig. 8 is a partial view A of FIG. 6 in an enlarged scale;

Fig. 9 die Teilansicht B aus Fig. 6 in größerem Maßstab, Fig. 9 is a partial view B in FIG. 6 in an enlarged scale;

Fig. 10 die Teilansicht C aus Fig. 1 in größerem Maßstab. Fig. 10 is the partial view C of Fig. 1 on a larger scale.

Nach den Fig. 1 und 2 tragen zwei Stützen 1 einen Träger 2 mit Schienen 3 für Rollen 4 zum Verfahren eines Fahrwerks 5 einer Hubsäule 6 des Industrieroboters. Das Fahrwerk 5 hat einen Hubmotor 7 mit Getriebe und Zahnrad 8 sowie eine Vertikalführung 9 für Führungsflächen 10a einer Führungsschiene 10 der Hubsäule 6, deren Zahnstange 11 in das Zahnrad 8 eingreift. Der Hub der Hubsäule 5 wird durch in Fig. 5 erkennbare Anschlagpuffer 49a und 49b begrenzt.According to FIGS. 1 and 2 carry two supports 1 a carrier 2 with rails 3 for the rollers 4 for moving a suspension 5 of a lifting column 6 of the industrial robot. The chassis 5 has a lifting motor 7 with gear and gear 8 and a vertical guide 9 for guide surfaces 10 a of a guide rail 10 of the lifting column 6 , the rack 11 of which engages in the gear 8 . The stroke of the lifting column 5 is limited by the stop buffers 49 a and 49 b shown in FIG. 5.

Nach den Fig. 4 und 5 hat die Hubsäule 5 am unteren Ende einen Ausschnitt 12 für den Zugang zu einem mit der Hubsäule 6 verbundenen Lagergehäuse 20, in dem ein Rotationselement 13 gelagert ist, das über einen Tragflansch 80 und Paßstücke 81 mit einem Torsionselement 14 in Form eines Rohres verbunden ist. Diesem stehen am oberen Ende weitere Paßstücke 81a an einem Sicherungsflansch 100 gegenüber, der mit einem Zahnring 15 für ein Zugmittel 16 in Form eines Zahnriemens verbunden ist und der weiterhin vom Zahnrad 17 eines D-Achsen-Getriebes 18 mit Zahnscheibe 78 und Zugmittel 77 von einer Zahnscheibe 76 eines D-Achsen-Motors 25D angetrieben wird. Der Zahnring 15 ist in einer Lagerkonsole 48 gelagert, die am oberen Ende der Hubsäule 6 mit dieser verbunden ist und das D-Achsen-Getriebe 18 trägt, das weiterhin mittels einer Konsole 102 des D-Achsen-Motors 25D mit einem Wegaufnehmer 19 in Form eines Winkelcodierers trägt, der mittels einer Kupplung 96 angetrieben wird. FIGS. 4 and 5, the lifting column has 5 at the lower end a cutout 12 for access to a part connected to the lifting column 6 bearing housing 20 in which a rotary member 13 is mounted, which via a flange 80 and adapters 81 with a torsion element 14 is connected in the form of a tube. These are at the upper end of further adapters 81 a on a securing flange 100 , which is connected to a toothed ring 15 for a traction means 16 in the form of a toothed belt and which is also from the gear 17 of a D-axis gear 18 with toothed pulley 78 and traction means 77 from a toothed disk 76 of a D-axis motor 25 D is driven. The toothed ring 15 is mounted in a bearing bracket 48 , which is connected to the upper end of the lifting column 6 and carries the D-axis gear 18 , which also by means of a bracket 102 of the D-axis motor 25 D with a displacement sensor 19 in Carries the shape of an angle encoder, which is driven by a clutch 96 .

Bei einer Alternativ-Ausführung ist das Torsionselement 14 biegesteif mit dem Rotationselement 13 und dem Zahnring 15 verbunden, so daß die Lager 47a und 95a entfallen können.In an alternative embodiment, the torsion element 14 is rigidly connected to the rotary element 13 and the toothed ring 15 , so that the bearings 47 a and 95 a can be omitted.

Das rohrförmige Torsionselement 14 und/oder das Rotationselement 13 beinhalten einen E-Achsen-Motor 21E mit Winkelgetriebe 69 und Zahnrad 22 für ein Zugmittel 23 zum Antreiben des Zahnrades 24 eines E-Achsen-Getriebes 60, das mit einer an dem Rotationselement 13 angeflanschten Rotationsgabel 31 und einem Schwenkkopf 33 zum Verschwenken eines darin gelagerten Anschlußstückes 39 um die Drehachse 26E verbunden ist, das z. B. ein Greiferwechselsystem 40 trägt. Ein Wegaufnehmer 28 - Winkelcodierer - des E-Achsen-Antriebs ist zum Spannen des ihm antreibenden Zugmittels 23 in einem horizontal verschiebbaren Gehäuse 103 mit der Rotationsgabel 31 verbunden und wird vom Zugmittel 23 über ein Zahnrad 27 angetrieben.The tubular torsion element 14 and / or the rotary element 13 include an E-axis motor 21 E with an angular gear 69 and gear 22 for a traction means 23 for driving the gear 24 of an E-axis gear 60 , which is flanged to the rotary element 13 Rotation fork 31 and a pivot head 33 for pivoting a connector 39 mounted therein about the axis of rotation 26 E is connected, the z. B. carries a gripper changing system 40 . A displacement transducer 28 - angle encoder - of the E-axis drive is connected to the rotating fork 31 in a horizontally displaceable housing 103 for tensioning the traction means 23 driving it, and is driven by the traction means 23 via a gearwheel 27 .

Der E-Achsen-Motor 21E und das E-Achsen-Winkelgetriebe 69 sind mittels einer Kupplung 94 miteinander verbunden und an einer Konsole 104 befestigt, die zum Spannen des Zugmittels 23 vertikal verschieblich mit dem Rotationselement 13 verbunden ist. Dieses hat am unteren Ende oberhalb eines Flansches 30 einen fast bis an das Zugmittel 23 reichenden Steckerraum 29, in dem verschiedene Leitungs-Steck verbindungen 71 für elektrische Energieleitungen 53, 53a, 53b Steuerleitungen 54, 54a, 54b sowie Druckmittelleitungen 55, 55a trennbar angeordnet sind.The E-axis motor 21 E and the E-axis bevel gear 69 are connected to one another by means of a coupling 94 and fastened to a bracket 104 which is connected to the rotating element 13 so as to be vertically displaceable for tensioning the traction means 23 . This has at the lower end above a flange 30 an almost reaching to the traction means 23 connector space 29 , in which various line plug connections 71 for electrical power lines 53, 53 a, 53 b control lines 54, 54 a, 54 b and pressure medium lines 55, 55 a are arranged separable.

Nach Fig. 6 ist der Schwenkkopf 33 gabelförmig ausgebildet und auf einer Seite der Hubsäule 6 mit seinem Arm 33a über ein Lager 32 in dem Körper der Rotationsgabel 31 gelagert. Der andere, zweite Arm 33b dient der verformungsarmen Übertragung von Kräften und Momenten vom Schwenkkopf 33 zur Rotationsgabel 31 und ist über ein Lager 32a abgestützt. Die Rotationsgabel 31 hat ferner ein Lager 47 für die Antriebswelle vom Zahnrad 24 zum E-Achsen-Getriebe 60, das von einem Getriebedeckel 46 abgedeckt ist.According to FIG. 6 of the swivel head 33 is fork-shaped and is mounted on one side of the lifting column 6 with its arm 33a through a bearing 32 in the body of the rotation fork 31st The other, second arm 33 b is used for the low-deformation transmission of forces and moments from the swivel head 33 to the rotary fork 31 and is supported by a bearing 32 a. The rotary fork 31 also has a bearing 47 for the drive shaft from the gear 24 to the E-axis gear 60 , which is covered by a gear cover 46 .

Weiterhin hat der Schwenkkopf 33 eine Konsole 34 für ein P-Achsen- Getriebe 70, das mittels eine dreiteiligen Flansches 97 einen P-Achsen- Motor 35P sowie einen Wegaufnehmer 43 - Winkelcodierer - trägt und damit über die Zahnscheiben 41 und 72/73/75 mit Zugmitteln 42/74 verbunden ist. Das P-Achsen-Getriebe 70 treibt mit einem Zahnrad 36 über ein Zugmittel 37 eine am ringförmigen Ansatz 45 des Schwenkkopfes 33 mit Lagern 44 gelagerte Zahnscheibe 38 an, die mit dem Anschlußstück 39 z B. für das Greiferwechselsystem 40 verbunden ist.Furthermore, the swivel head 33 has a bracket 34 for a P-axis gear 70 , which by means of a three-part flange 97 carries a P-axis motor 35 P and a displacement sensor 43 - angle encoder - and thus via the toothed disks 41 and 72/73 / 75 is connected to traction means 42/74 . The P-axis gear 70 drives a gear 36 via a traction means 37 a of the swivel head 33 with bearings 44 mounted on the annular shoulder 45 toothed disk 38, the z to the terminal piece 39 as for the gripper change system 40 is connected.

Nach Fig. 7 hat das Zugmittel 37 einen Schaltnocken 92, der, nach z. B. einer Drehung des Anschlußstückes 39 um 360 Grad in einer Endstellung einen mit dem Schwenkkopf 33 verbundenen Endschalter 93 zum Abschalten des P-Achsen-Motors 35P betätigt.According to Fig. 7 the pulling means 37 has a switching cam 92, which, according to z. B. a rotation of the connector 39 by 360 degrees in an end position a connected to the swivel head 33 limit switch 93 for switching off the P-axis motor 35 P.

Die Energiezufuhr zum Roboterarm erfolgt nach Fig. 1 und 2 von einer auf dem Träger 2 angeordneten Energiezuführungskette 50, die in einem Montageraum 57 in eine der Hubsäule 6 zugeordnete Energiezuführungskette 51 übergeht. Diese enthält alle Energie- und Steuerleitungen 53 und 54 für die Motoren und Winkelcodierer aller drei Achsen D, E und P sowie die Energie-, Steuer- und Druckmittelleitungen 53, 54, 55 für das Anschlußstück 39 mit seinem Greiferwechselsystem 40 und ist mit einem Kettenanschlußkasten 99 am oberen Ende der Hubsäule 6 befestigt. Dieser Kettenanschlußkasten 99 nimmt in einem Trennraum 58 Steckverbindungen 59 auf und trägt einen in Fig. 10 erkennbaren Halter 86, dessen Klemmsystem 90 die Leitungen 53, 54, 55 mittels einer Schraube 87, Scheibe 86 und einer Feder 89 elastisch trägt.The power to the robot arm is carried out according to Fig. 1 and 2 passes from one arranged on the carrier 2 power supply chain 50, the assigned in a mounting space 57 in one of the lifting column 6 energy supply chain 51. This contains all the power and control lines 53 and 54 for the motors and encoders of all three axes D, E and P as well as the power, control and pressure medium lines 53, 54, 55 for the connector 39 with its gripper changing system 40 and is with a chain junction box 99 attached to the upper end of the lifting column 6 . This chain connection box 99 receives plug connections 59 in a separating space 58 and carries a holder 86 which can be seen in FIG. 10 and whose clamping system 90 elastically carries the lines 53, 54, 55 by means of a screw 87 , washer 86 and a spring 89 .

Die Energie- und Steuerleitungen 53 und 54 zum D-Achsen-Antrieb sind als Schlaufen 56 direkt von den Steckverbindungen 59 des Trennraumes 58 zum D-Achsen-Motor 25D mit Wegaufnehmer 19 - Winkelcodierer - geführt.The energy and control lines 53 and 54 to the D-axis drive are guided as loops 56 directly from the plug connections 59 of the separating space 58 to the D-axis motor 25 D with displacement transducers 19 - angle encoders.

Die von dem Halter 86 und durch das Klemmsystem 90 getragenen Leitungen sind für 360-Grad-Drehungen locker durch den Zahnring 15 und das rohrförmige Torsionselement 14 vorbei am Motor 21E mit seinem Führungselement 91 zu den Steckverbindungen 71 im Steckerraum 29 des Rotationselementes 13 geführt.The lines carried by the holder 86 and by the clamping system 90 are loosely guided for 360-degree rotations through the toothed ring 15 and the tubular torsion element 14 past the motor 21 E with its guide element 91 to the plug connections 71 in the plug space 29 of the rotation element 13 .

Wie Fig. 6 weiterhin zeigt, führen die Druckmittelleitungen 55 von den Steckverbindungen 71 durch einen Flexschlauch 52 zu Winkelstücken 61 und durch nach außen und stirnseitig offene Schlitze 64 einer Öffnung 65 des Anschlußstückes 39 zu einem evtl. vorhandenen Greiferwechselsystem 40.As further shown in FIG. 6, the pressure medium lines 55 lead from the plug connections 71 through a flexible hose 52 to angle pieces 61 and through slots 64 of an opening 65 of the connecting piece 39 which are open to the outside and at the end to a possibly existing gripper changing system 40 .

Der Flexschlauch 52 ist mit seinem oberen Ende mittels einer Buchse 62 mit dem Rotationselement 13 und/oder der Rotationsgabel 31 verbunden und mit einem Leitring 63 und Leitringträger 101 locker und drehbar über einen Wartungsflansch 66 im Anschlußstück 39 geführt. Der Wartungsflansch 66 hat Verbindungsmittel zur Befestigung des Leitringträgers 101 mit dem Leitring 63 und eine Zentrierung 85 für das anzuschließende Greiferwechselsystem.The flexible hose 52 is connected at its upper end by means of a bushing 62 to the rotary element 13 and / or the rotary fork 31 and is guided loosely and rotatably with a guide ring 63 and guide ring carrier 101 via a maintenance flange 66 in the connecting piece 39 . The maintenance flange 66 has connecting means for fastening the guide ring carrier 101 to the guide ring 63 and a centering 85 for the gripper changing system to be connected.

Die in Fig. 6 gezeigten Energie- und Steuerleitungen 53a und 54a zum P-Achsen-Motor 35P mit Wegaufnehmer 43 - Winkelcodierer - sind zwischen dem Ansatz 45 des Schwenkzapfens 33 und einem Flansch 79 der Rotationsgabel 31 locker und teils gewendelt um den Flexschlauch 52 herumgeführt.The power and control lines 53 a and 54 a shown in FIG. 6 to the P-axis motor 35 P with displacement transducer 43 - angle encoder - are loosely and partially wound around the shoulder 45 of the pivot pin 33 and a flange 79 of the rotary fork 31 Flex hose 52 led around.

Die zur Versorgung des Anschlußstückes 39 benötigten Energie- und Steuerleitungen 53b, 54b, befinden sich in einem Spiralkabel 82, das von seinem Steckverbinder 71 im Steckerraum 29 außen am Flexschlauch 52 vorbei bis zum Ansatz 45 des Schwenkkopfes 33 annähernd linear geführt ist, im Bereich dieses Ansatzes schraubenspiralförmig um den Flexschlauch 52 herumgelegt ist und ebenfalls durch einen Schlitz 64 im Anschlußstück 39 zum Greiferwechselsystem 40 geführt ist.The power and control lines 53 b, 54 b required to supply the connector 39 are located in a spiral cable 82 which is guided approximately linearly by its connector 71 in the connector space 29 outside the flexible hose 52 to the shoulder 45 of the swivel head 33 in Area of this approach is helically wrapped around the flexible hose 52 and is also guided through a slot 64 in the connector 39 to the gripper changing system 40 .

Ein Kabelführungsring 67 des Anschlußstückes 39 und ein PTFE-Folienring 84 im Ansatz 45 des Schwenkkopfes 33 sowie eine PTFE-Folie 68 an mindestens einem Arm des Rotationselementes 13 sorgen für einen fast verschleißfreien Bewegungsvorgang des Spiralkabels 82, das in dem Bereich oberhalb des Ansatzes 45 in einer vorzugsweise gegenläufigen halben Windung zu den Kabeln 53a und 54a des P-Achsen-Motors 35P und Winkelcodierer 43 zwischen diesen und dem Flexschlauch 52 zur Buchse 62 und weiter zur Steckverbindung 71 im Steckerraum 29 geführt ist.A cable guide ring 67 of the connector 39 and a PTFE film ring 84 in the neck 45 of the swivel head 33 and a PTFE film 68 on at least one arm of the rotary element 13 ensure an almost wear-free movement of the spiral cable 82 , which in the area above the neck 45 in a preferably opposite half turn to the cables 53 a and 54 a of the P-axis motor 35 P and the encoder 43 between them and the flexible hose 52 to the socket 62 and further to the connector 71 in the connector space 29 .

Der dreiachsige Roboterarm ist äußerst kompakt gestaltet, obwohl seine Antriebsaggregate, wie Motoren, Getriebe, Getriebebausätze sowie Wegaufnehmer reine, nicht modifizierte Standard-Aggregate aus dem Bereich des allgemeinen Maschinenbaus bzw. der allgemeinen Handhabungstechnik sind, wobei zusätzlich für den Hersteller wie den Betreiber eine sehr wirtschaftliche Ersatzteil-Lagerhaltung erzielt wird.The three-axis robot arm is extremely compact, although its Drive units such as motors, gears, gear kits and Pure, unmodified standard units from the Field of general mechanical engineering or general Handling technology are, whereby additionally for the manufacturer like that Operator achieved a very economical spare parts inventory becomes.

Die Getriebe 18, 70 für die D- und P-Achse sind untereinander vollkommen gleich; ebenso die Motoren 25D, 21E für die D- und E-Achse und die Wegaufnehmer 19, 28, 42 aller drei Achsen. The gears 18, 70 for the D and P axes are completely identical to one another; likewise the motors 25 D, 21 E for the D and E axes and the displacement transducers 19, 28, 42 of all three axes.

BezeichungslisteLabel list

1 Stütze
2 Träger
3 Schienen
4 Rollen
5 Fahrwerk
6 Hubsäule
7 Hubmotor
8 Zahnrad
9 Vertikalführung
10 Führungsschiene
11 Zahnstange
12 Ausschnitt
13 Rotationselement
14 Torsionselement
15 Zahnring
16 Zugmittel
17 Zahnrad
18 D-Achsen-Getriebe
19 Wegaufnehmer
20 Lagergehäuse (D)
21 E-Achsen-Motor
22 Zahnrad
23 Zugmittel
24 Zahnrad
25 D-Achsen-Motor
26 Drehachse E
27 Zahnrad
28 Wegaufnehmer (E)
29 Steckerraum
30 Flansch
31 Rotationsgabel
32 Lager
32a Lager
33 Schwenkkopf
34 Konsole
35 P-Achsen-Motor
36 Zahnrad
37 Zugmittel
38 Zahnscheibe
39 Anschlußstück
40 Greiferwechselsystem
41 Zahnscheibe
42 Zugmittel
43 Wegaufnehmer (P)
44 Lager
45 Ansatz
46 Getriebedeckel
47 Lager
48 Lagerkonsole
49 Anschlagpuffer
50 Energiezuführungskette
51 Energiezuführungskette
52 Flexschlauch
53 Energieleitung
54 Steuerleitung
55 Druckmittelleitung
56 Schlaufe
57 Montage-Trennraum
58 Trennraum
59 Steckverbindung
60 E-Achsen-Getriebe
61 Winkelstück
62 Buchse
63 Leitring
64 Schlitz
65 Öffnung (zentrisch)
66 Wartungsflansch
67 Kabelführungsring (von 39)
68 PTFE-Folie
69 E-Achsen-Winkelgetriebe
70 P-Achsen-Winkelgetriebe
71 Steckverbindung (div.)
72 Zahnrad
73 Zahnscheibe
74 Zugmittel
75 Zahnscheibe
76 Zahnscheibe
77 Zugmittel
78 Zahnscheibe
79 Flansch
80 Tragflansch
81 Paßstück
82 Spiralkabel
83 Verbindungsmittel
84 PTFE-Folienring
85 Zentrierung
86 Halter(ung)
87 Schraube
88 Scheibe
89 Feder
90 Klemmsystem
91 Führungselement
92 Schaltnocken
93 Endschalter
94 Kupplung
95 Lager
96 Kupplung
97 Flansch
98 Flansch
99 Kettenanschlußkasten
100 Sicherungsflansch
101 Leitringträger
102 Konsole
103 Gehäuse
104 Konsole 1 support
2 carriers
3 rails
4 rolls
5 undercarriage
6 lifting column
7 lifting motor
8 gear
9 vertical guidance
10 guide rail
11 rack
12 neckline
13 rotation element
14 torsion element
15 tooth ring
16 traction devices
17 gear
18 D-axis gearbox
19 displacement transducers
20 bearing housing (D)
21 electric axis motor
22 gear
23 traction means
24 gear
25 D-axis motor
26 axis of rotation E
27 gear
28 displacement transducer (E)
29 connector compartment
30 flange
31 rotating fork
32 bearings
32 a warehouse
33 swivel head
34 console
35 P-axis motor
36 gear
37 traction means
38 tooth lock washer
39 connector
40 gripper changing system
41 tooth lock washer
42 traction means
43 displacement transducer (P)
44 bearings
45 approach
46 gear cover
47 bearings
48 storage console
49 bump stop
50 energy supply chain
51 Energy supply chain
52 flexible hose
53 Power line
54 control line
55 pressure medium line
56 loop
57 Assembly separation room
58 separation room
59 plug connection
60 electric axles
61 elbow
62 socket
63 guide ring
64 slot
65 opening (central)
66 maintenance flange
67 cable management ring (of 39 )
68 PTFE film
69 E-axis bevel gear
70 P-axis bevel gears
71 plug connection (various)
72 gear
73 tooth lock washer
74 traction means
75 tooth lock washer
76 tooth lock washer
77 traction devices
78 tooth lock washer
79 flange
80 support flange
81 fitting
82 spiral cables
83 lanyards
84 PTFE film ring
85 centering
86 holder (s)
87 screw
88 disc
89 spring
90 clamping system
91 guide element
92 switching cams
93 limit switches
94 clutch
95 bearings
96 clutch
97 flange
98 flange
99 chain connection box
100 safety flange
101 guide ring carrier
102 console
103 housing
104 console

Claims

1. Robot arm with energy supplies to motors and connecting piece for tools, workpieces, workpiece grippers or gripper changing systems connected to a working arm and moved by the motors, characterized in that the E-axis motor ( 21 E) with angular gear ( 69 ) and gear ( 22 ) for a traction means ( 23 ) within the body cross section of the lifting column ( 6 ) and in the region of its end facing the E-axis, and the traction means ( 23 ) with a gear wheel ( 24 ) arranged on the axis of rotation ( 26 e) one is connected to a rotary fork ( 31 ) and a swivel head ( 33 ) connected to the E-axis gear ( 60 ), and that control ( 54 ) and power lines ( 53, 55 ) past the motor ( 21 E) to a connecting flange ( 39 ) for the gripper changing system ( 40 ) and, if necessary, to a P-axis motor ( 35 P).

2. Robot arm according to claim 1, characterized in that the E-axis motor ( 21 E) with bevel gear ( 69 ) and gear ( 22 ) above the lower end of the linear guide ( 10 a) corresponding to a vertical guide ( 9 ) of the lifting column ( 6 ) is arranged.

3. Robot arm according to claim 1, characterized in that the motors ( 25 D, 21 E, 35 P) are electric motors.

4. Robot arm according to claim 1, characterized in that the motors ( 25 D, 21 E, 35 P) displacement sensors ( 19, 28, 43 ) are assigned.

5. Robot arm according to claim 4, characterized in that the displacement transducers ( 19, 43 ) from the electric motors ( 25 D, 35 P) via additional traction means ( 77 and 42/74 ), for. B. timing belt, driven encoder.

6. Robot arm according to claim 4, characterized in that the displacement sensor ( 28 ) to the E-axis ( 26 ) by means of a gear ( 27 ) is connected to the traction means ( 23 ) driven by the E-axis motor ( 21 E) and this can be tensioned independently of one another both by means of the gearwheel ( 22 ) and by the gearwheel ( 27 ).

7. Robot arm according to claim 1, characterized in that the control ( 54 ) and power lines ( 53, 55 ) past the E-axis motor ( 21 E) to a before the rotary fork ( 31 ) existing connector space ( 29 ) Plug connections ( 71 ) for further lines ( 53 a, 54 a, 55 a) are guided.

8. Robot arm according to claim 7, characterized in that the connector space ( 29 ) is in a recess of a rotary element ( 13 ) at the level of the toothed belt traction means ( 23 ).

9. Robot arm according to one or more of the preceding claims, characterized in that the P-axis motor ( 35 P) with its gear ( 70 ) and its displacement sensor ( 43 ) is arranged next to the swivel head ( 33 ) and the gear ( 70 ) has a gear ( 36 ) for a traction means ( 37 ) which rotates a toothed disc ( 38 ) of the connecting piece ( 39 ) relative to the swivel head ( 33 ).

10. Robot arm according to one or more of the preceding claims, characterized in that a rotary element ( 13 ) is mounted in a bearing housing ( 20 ) connected to the lifting column ( 6 ) and is axially secured with a supporting flange ( 80 ) which is secured with at least two adapters ( 81 ) engages in play-free grooves of a torsion element ( 14 ) and that the connector space ( 29 ) below a bearing ( 95 ) and next to the traction means of its flange ( 30 ) there is a releasable connection to a flange ( 79 ) of the rotary fork ( 31 ).

11. Robot arm according to claim 1, characterized in that the swivel head ( 33 ) of the axis of rotation ( 26 E) is fork-shaped and on one side of the lifting column ( 6 ) with an arm ( 33 a) via a bearing ( 32 ) on the rotary fork ( 31 ) is supported, which on the opposite side has a bearing ( 32 a) in which the other arm ( 33 b) of the swivel head ( 33 ) is mounted.

12. Robot arm according to claims 9 and 10, characterized in that the arms ( 33 a and 33 b) of the fork-shaped swivel head ( 33 ) are connected to one another via an annular projection ( 45 ), the two coaxial bearings ( 44 ) for the toothed disc ( 38 ), which is driven by the P-axis gearbox ( 70 ), the P-axis motor ( 35 P) via the traction means ( 37 ) and thus rotates the connecting piece ( 39 ).

13. Robot arm according to one or more of the preceding claims, characterized in that the pressure medium lines ( 55 a) guided past the e-axis motor ( 21 E) are guided in a longitudinally movable manner to the connecting piece ( 39 ) by a common flexible hose ( 52 ).

14. Robot arm according to claim 13, characterized in that the P-axis motor ( 35 P) and displacement transducer ( 43 ) leading power lines ( 53 a) and control lines ( 54 a) are loosely guided around the flexible hose ( 52 ).

15. Robot arm according to claim 14, characterized in that the flexible hose ( 52 ) at the upper end with a socket ( 62 ) on the rotary fork ( 31 ) is fixed and with the lower end in a guide ring ( 63 ) of the connecting piece ( 39 ) rotatable is led.

16. Robot arm according to one or more of claims 12 to 15, characterized in that for the supply of tools, grippers, sensors, gripper changing systems and. Ä. A spiral cable ( 82 ) with the control and / or power lines ( 54 b, 53 b) is used, which is approximately linear on the outside of the flexible hose ( 52 ) between the connector space ( 29 ) and the approach ( 45 ) of the swivel head ( 33 ) ) is guided and is loosely guided in the area of this approach in the form of a screw spiral to the connecting piece ( 39 ).

17. Robotic arm according to one or more of claims 13 to 15, characterized in that the pressure medium lines ( 55 a) guided through the flexible hose ( 52 ) are connected in the region of the connecting piece ( 39 ) with angle pieces ( 61 ), of which the further pressure medium lines ( 55 b) are guided from an opening ( 65 ) through outwardly leading and downwardly open slots ( 64 ) in the connector ( 39 ).

18. Robot arm according to one or more of claims 13 to 16, characterized in that the opening ( 65 ) of the connecting piece ( 39 ) has approximately the outer diameter of the spiral of the spiral cable ( 82 ) and is provided on the end face with a maintenance flange ( 66 ) centered thereon , which has connecting means ( 83 ) for the guide ring ( 63 ) and locks the angle pieces ( 61 ) in a longitudinally displaceable manner and / or has a centering ( 85 ) for the gripper changing system ( 40 ) or the like.

19. Robot arm according to claim 16, characterized in that to reduce friction wear for the spiral cable ( 82 ) in the annular extension ( 45 ) of the swivel head ( 30 ) a PTFE film ring ( 84 ) is glued in and / or at least one arm of the rotary fork ( 31 ) has a PTFE film ( 68 ) attached from the inside.

20. Robot arm according to claim 1, characterized in that the energy and control pulse supply takes place via an energy supply chain ( 50 ) which merges in a common assembly separation space ( 57 ) into a further vertical energy supply chain ( 51 ) which in a separation space ( 58 ) ends and there has plug connections ( 59 ) to the further lines ( 53, 54, 55 ).

21. Robot arm according to claim 20, characterized in that the separation space ( 58 ) on the D-axis motor ( 25 D) opposite side of the lifting column ( 6 ) is arranged.

22. Robot arm according to one or more of the preceding claims, characterized in that the axes of rotation (D) and / or (P) directly driving traction means ( 16, 37 ) each have at least one switching cam ( 92 ) which with a limit switch ( 93 ) corresponds and switches off the associated motor ( 25 D, 35 P) to limit the rotation of the assigned rotation axis in the range of 360 degrees.

23. Robot arm according to one or more of the preceding claims, characterized in that for adjusting the traction means ( 37, 42, 74 ) and for the use of pure standard drive units in a compact arrangement, the P-axis gear ( 70 ) by means of a Flange ( 98 ) is connected to a bracket ( 34 ) of the swivel head ( 33 ) and the P-axis motor ( 35 P) and its angle encoder displacement transducer ( 43 ) by means of a preferably three-part flange ( 97 ) with its gear ( 70 ) connected is.

24. Robot arm according to claim 1, characterized, that the motors with the gearboxes assigned to them and Transducers are connected to the modules, the storage of which through these rotating axis modules.

25. Robot arm according to one or more of the preceding claims, characterized in that the angular encoders ( 19, 28, 43 ) of the axes of rotation (D, E) and (P) are separated from the motors assigned to them and are arranged so that they are directly accessible from the outside have the same nominal speed among each other, which differs from the nominal speed of the motors and that the motors have the same nominal speed and therefore the same controller modules are used.