DE3929140C2 - - Google Patents

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DE3929140C2
DE3929140C2 DE19893929140 DE3929140A DE3929140C2 DE 3929140 C2 DE3929140 C2 DE 3929140C2 DE 19893929140 DE19893929140 DE 19893929140 DE 3929140 A DE3929140 A DE 3929140A DE 3929140 C2 DE3929140 C2 DE 3929140C2
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25JMANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J19/00Accessories fitted to manipulators, e.g. for monitoring, for viewing; Safety devices combined with or specially adapted for use in connection with manipulators
    • B25J19/0025Means for supplying energy to the end effector
    • B25J19/0029Means for supplying energy to the end effector arranged within the different robot elements

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Robotics (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Manipulator (AREA)

Description

Die Erfindung betrifft eine Leitungsführung an einem mehrachsig bewegbaren Arm, z. B. eines Industrieroboters, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Bei einer Leitungsführung dieser Art nach der DE-PS 31 13 184 können die außen im Bereich einer Schwenkachse angeordneten Sammelleitungen und die Verrohrungen bei Bewegungen des Armes mit anderen Gegenständen kollidieren und zerstört werden. Weiterhin wird für die Energiezuführung zum Bewegungsausgleich der vertikal drehenden Achse ein Ölverteiler in Form einer Drehdurchführung verwendet, die nicht ohne einen Verschleiß von Dichtungen und ähnlichem arbeiten kann. Ebenso ist die darüber angeordnete elektrische Drehdurchführung nicht wartungsfrei. Beide Drehdurchführungen sind in der Herstellung mit bestem Material aufwendig. Eine weitere Drehdurchführung zur Versorgung eines Aufnahmeflansches mit Steuerimpulsen und Energie für z. B. Greifer fehlt, könnte aber nur durch mindestens eine außen angeordnete Leitung realisiert werden, die im Falle einer Zerstörung den Betrieb des ganzen Industrieroboters zur Folge haben würde.
Ein weiterer Roboterarm ist aus der DE 36 31 024 A1 bekannt, wobei hierbei Kabel und Schlauchleitungen durch das zentrale Schutzrohr bis zur E-Achse und von dort zum Außenring eines Leitungsspeichers geführt werden, der den unteren Bereich des Roboterarmes umgibt. Hierdurch ist der Raumbedarf beim Einsatz des Roboterarmes relativ groß.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Leitungsführung für mehrachsig bewegbare Arme von Maschinenautomaten bzw. Industrierobotern oder anderen Geräten so auszubilden, daß damit ein zerstörungssicherer, wartungsarmer Betrieb möglich wird und durch einen flexiblen Aufbau die Herstellung von verschiedenen Armausführungen bei kompakter Bauweise möglich ist.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen im Anspruch 1 gelöst.
Das Flexführungselement ist bei einer dreiachsigen Ausführung einerseits im Drehkörper und andererseits am Anschlußstück geführt und ordnet und führt somit die Leitungen im Bereich der Schwenkachse E.
Dabei werden die Leitungen teilweise von dem schlauchförmigen Flexführungselement umschlossen und teilweise außen daran geführt. Das Flexführungselement ist vorzugsweise durchsichtig, so daß Unregelmäßigkeiten der darin geführten Leitungen schon erkannt werden können, bevor es zu Schäden und deren Auswirkungen kommt. Zum Korrigieren der Leitungen kann das Flexführungselement eine verschließbare Öffnung, z. B. in Form eines Reißverschlusses, haben.
Erfindungsgemäß sind Druckmittelleitungen in Form von elastischen Druckschläuchen ein- oder mehrfach durch das schlauchförmige Flexführungselement geführt und vorzugsweise an beiden Enden mit winkelförmigen sowie längsverschieblichen Kupplungen verbunden, wobei sich an die zum Leitungszugangsbereich führenden Kupplungen die Leitungen in Schlaufen- bzw. Bogenform anschließen und damit Längenbewegungen ermöglichen. Hierbei ist sichergestellt, daß die Druckmittelleitungen zwischen ihren Enden annähernd gleichmäßig entsprechend der gesamten Drehung des Anschlußstückes je zur Hälfte nach links und rechts innerhalb des Flexführungselementes verdreht werden können.
Zur Erzielung einer hohen Lebensdauer ist zumindest die Oberflächenschicht der Druckmittelleitungen und des Flexführungselementes aus einem Material mit niedrigen Reibungskoeffizienten, wie z. B. PTFE, hergestellt, so daß bei der relativ hohen Beanspruchung durch
  • a) den sich in den Leitungen ändernden Druck,
  • b) die Biegung aus der Schwenkbewegung und
  • c) die gleichgroße Verdrehung nach links und rechts aus der Drehung des Anschlußstückes
auf eine permanente Wartung bzw. Schmierung verzichtet werden kann.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung sind die Enden des schlauchförmigen Flexführungselementes in Leitringe gesteckt bzw. schraubenförmig hineingedreht, wobei einer davon über eine Schnappverbindung direkt über einen Halter oder zusätzlich mittels einer elastischen Buchse mit dem Arm oder mit dem Drehkörper verbunden ist und der andere Leitring über eine Schnappverbindung an dem Leitringträger geführt ist, der mittels Hilfsmitteln mit einem Wartungsflansch verbunden und mit diesem stirnseitig im Anschlußstück zentriert und gehalten ist.
Ein Wartungsflansch verdeckt stirnseitig eine zentrische Öffnung des Anschlußstückes, die etwa dem Außendurchmesser der um das Flexführungselement herumgeführten Spiralleitung aufweist. Damit ist eine gute Wartungszugänglichkeit für die zum Anschlußstück geführten Leitungen mit den zugehörigen Hilfsmitteln und für das Flexführungselement gegeben. Weiterhin ermöglichen auch Leitungskupplungen oberhalb des Flexführungselementes einen planmäßigen Austausch etwa beschädigter Teile.
Die bereits erwähnte Spiralleitung ist eine Sammelleitung zu dem am Anschlußstück benötigten Steuer- und Energieleitungen, kann aber bei Bedarf noch zusätzliche Druckmittelleitungen aufnehmen oder nur eine aus mindestens einer Druckmittelleitung bestehende Spiralleitung sein.
Diese Spiralleitung ist oberhalb des Flexführungselementes mittels Kupplung und einem Halter lösbar mit dem Drehkörper verbunden und über die Schwenkachse E hinaus annähernd geradlinig außem am Flexführungselement geführt und im Bereich des Anschlußstückes schraubenförmig auch um den Leitringträger herum angeordnet.
Weitere Merkmale der Erfindung sind den Unteransprüchen und der Zeichnung zu entnehmen.
Die Zeichnung zeigt die in einem dreiachsig bewegbaren Roboterarm integrierte Leitungsführung durch einen Arm 4, einen Drehkörper 6, einen Schwenkkörper 7 und ein Anschlußstück 8 zu einem Gerät 39, das ein Greifer, ein Greiferwechselsystem, eine Bearbeitungsmaschine, wie z. B. Bohrmaschine sein kann, das elektrisch, pneumatisch oder hydraulisch betätigt bzw. angetrieben werden kann. Der Drehkörper 6 wird um die Drehachse 1D gedreht, der Schwenkkörper 7 um die Schwenkachse 2E bis in die Waagerechte verschwenkt, und das Anschlußstück 8 kann darin um die Drehachse 3P verschwenkt werden.
Die eigentliche Ausrüstung des gesamten Energiezuführungssystems besteht einerseits aus den Leitungen 17, 18, 19 mit Kupplungen 27, 28, 21, 22 und andererseits aus Hilfsmitteln zum Tragen, Halten und Führen sowie Ordnen. Die Leitungen sind Steuerleitungen 17, 17a, 17b und 17c, Energieleitungen 18, 18a, 18b und 18c sowie Druckmittelleitungen 19, 19a, 19b und 19c, die von einem Leitungszugangsbereich 11 zum Anschlußstück 8 geführt sind und z. B. zu einem nicht näher dargestellten Antriebsmotor als Leitungen 17d, 18d und 19d verlaufen.
Die Leitungsführung ist in die Verformungsbereiche I bis V unterteilt.
Im Bereich I werden alle Leitungen 17a, 18a, 19a zwischen ihren gegenüberliegenden Befestigungsstellen um mehr als ±180 Grad tordiert. Hierbei sorgt eine Elastikaufhängung 15 für einen Längsausgleich.
Im Bereich II werden die Druckmittelleitungen 19b zwischen ihren Kupplungen 21, 22 um mehr als ±180 Grad tordiert.
Im Bereich III werden ein Flexführungselement 16, der annähernd linear verlaufende Teil einer Spiralleitung 24 sowie die Druckmittelleitungen 19b um mehr als ±90 Grad gebogen.
Im Bereich IV wird der annähernd spiralförmig verlaufende Teil der Spiralleitung 24 um mehr als ±180 Grad tordiert.
Im Bereich V werden die Druckmittelleitungen 19c beim Längsausgleich der Druckmittelleitungen 19b gebogen.
Die Beanspruchung der Leitungen und des Flexführungselementes erkennt man am gestrichelt verschwenkt gezeichneten Schwenkkörper 7 mit dem darin drehbaren Anschlußstück 8. (Die Darstellung wurde, bezogen auf die Drehachse 1D, um 90 Grad verschwenkt gezeichnet.)
Damit bei den Beschleunigungsvorgängen des Armes 4 die Spiralleitung 24 nicht durch Reibverschleiß vorzeitig unbrauchbar wird, verfügt das Anschlußstück 8 über einen einen Schlitz überdeckenden Kabelführungsring 8c, der Schwenkkörper 7 über einen Gleitfolienring 42 und der Drehkörper 6 über eine Gleitfolie 43. Diese Elemente sind teilweise aus selbstklebender PTFE-Folie hergestellt.
Je nach Bedarf sind die Druckmittelleitungen 19c an ihren außenliegenden Enden mit winkelförmigen Kupplungen 23 verbunden, so daß eine Leitungstrennung vom Gerät 39 schnell erfolgen kann.
Der Arm 4 hat ein Lager 5 für den Drehkörper 6 mit einer Lagerscheibe 6a, die ein Lager 40 für den Schwenkkörper 7 trägt, der um die Schwenkachse 2E um 180 Grad geschwenkt werden kann. Der Schwenkkörper 7 ist gleichfalls über ein Lager 41 mit dem Anschlußstück 8 für eine Drehbewegung der Drehachse 3P von über 360 Grad verbunden. Die Lager 5, 40 und 41 sind vorzugsweise Vierpunktlager, die aber auch durch Lagerpaare ersetzt werden können.
Zum Tragen hat der Arm 4 an seinem oberen Ende einen winkelförmigen Halter 10, 10a, der die Leitungen 17a, 18a und 19a mittels der Elastikaufhängung 15 in vertikaler Richtung elastisch trägt. Dazu ist eine Klemmeinrichtung 38 zum Tragen der Leitungen mit einer Schraube 33 mit Scheibe 34 und Kontermutter 36 verbunden, die in einer Buchse 37 im Halter 10a geführt und über Federn 35 und 35a daran in vertikaler Richtung abgestützt ist.
Zum Halten bei einer Drehung des Drehkörpers 6 im Arm 4 um mehr als 180 Grad nach links oder rechts verkürzen oder verlängern sich z. B. die Leitungen 17a, 18a und 19a zwischen dem Halter 10a und den Kupplungen 28, 28a und 21, so daß durch die Wirkung der Elastikaufhängung 15 die Leitungen weniger stark beansprucht werden, wie auch bei einer Vertikalbeschleunigung des gesamten Arms.
Zum Führen und Trennen der Leitungen 17b, 18b und 19b im Bereich der Schwenkachse 2E umgibt das schlauchförmige Flexführungselement 16 die Druckmittelleitungen 19b. Es ist an seinem oberen Ende mittels eines Leitrings 26, eine elastischen Buchse 25 und einem Halter 30 mit dem Drehkörper 6 verbunden und mit seinem unteren Ende mittels eines Leitringes 31, eines Leitringträgers 32 und Verbindungsmitteln 44 an einem Wartungsflansch 45 befestigt, der stirnseitig eine zentrische Öffnung 8d im Anschlußstück 8 überdeckt und daran gehalten und zentriert ist.
Die Druckmittelleitungen 19b sind an ihren Enden mit winkelförmigen Kupplungen 21 und 22 verbunden, die in dem Leitringträger 32 begrenzt, jedoch oberhalb des Flexführungselementes 16 frei längsbeweglich angeordnet sind.
Weiterhin dienen Ausgleichsbögen 20 vor den Kupplungen 21 und die in den Schlitzen 8a des Anschlußstückes vertikal begrenzt beweglichen Druckmittelleitungen 19c zusätzlich beim Schwenken des Schwenkkörpers 7 um ±90 Grad dazu, den für die Druckmittelleitungen 19b erforderlichen Bewegungsausgleich in Längsrichtung untereinander und gegenüber dem Flexführungselement 16 sicherzustellen. Unter diesen Voraussetzungen ist es möglich, daß die Druckmittelleitungen 19b beim Drehen des Anschlußstückes 8 um ±180 Grad gegenüber dem Schwenkkörper 7 auch bei Veränderungen des Betriebsdruckes nur in zulässiger Weise beansprucht werden und eine hohe Lebensdauer erreichen.
Die Steuer- und Energieleitungen 17b und 18b und bei Bedarf auch 19b sind zwischen einer der Kupplungen 28, 28a und einem Schlitz 8b im Anschlußstück 8 in einer Spiralleitung 24 zusammengefaßt. Sie ist, ausgehend von der Kupplung 28, 28a annähernd linear außen am Flexführungselement 16 bis unter die Schwenkachse 2E geführt und anschließend in Form einer Schraubenspirale um das Flexführungselement 16 herum und um den Leitringträger 32 mit Leitring 31 zu dem Schlitz 8d des Anschlußstückes 8 geführt.
Während der obere, annähernd linear verlaufende Bereich der Spiralleitung 24 hauptsächlich die Biegebeanspruchung aus der Schwenkbewegung heraus aufnimmt, übernimmt der spiralförmige Bereich die Biege- und Torsionsbeanspruchung, die sich aus der ±180 Grad- Drehbewegung der Drehachse 3P ergibt. Die Spirale 24 ist plastisch so geformt, daß sie mit ihrem größtmöglichen Spiraldurchmesser entspannt ist.
Wenn das Gerät 39 stirnseitig von dem Anschlußstück 8 entfernt ist, ist durch die Trennmöglichkeit der Leitungen 17b, 18b 24, 29b, mittels der Kupplungen 28, 28a, 21 sowie des Flexführungselementes 16 mittels Schnappverbindungen zwischen einer Buchse 25, einem Leitring 26 mit einem Halter 30 einerseits sowie einem Leitring 31 mit Leitringträger 32 andererseits und zusätzlich durch die stirnseitig offenen Schlitze 8a, angeordneten, lösbaren Wartungsflansch 45 ein schneller Austausch eines oder einer Gruppe dieser Elemente möglich.
Das Flexführungselement 16 ist vorzugsweise ein transparenter Schlauch mit eingelegter Schraubenspirale aus Federstahl. Aber auch eine kunststoffummantelte Federstahlspirale läßt eine ständige Sichtkontrolle an den Druckmittelleitungen 19b zu. Diese Funktion übernimmt im Bedarfsfall auch ein undurchsichtiger Schlauch mit schließbarem Längsschlitz, z. B. nach Art eines Reißverschlusses.
Damit die Kupplungen 28, 28a und 21 in dem Kupplungsraum 12 zugänglich sind, hat der Arm 4 hinter einer Abdeckung 46 eine Ausnehmung 14 und der Drehkörper 6 eine Ausnehmung 13.
Ausgehend von den zugeführten Leitungen 17, 18 und 19 vor dem Leitungszugangsbereich 11 sind die Leitungen in ihrer Längs-Reihenfolge durch die Kupplungen 27, 27a; 28, 28a; 21, 22 in Einzelleitungen aufgeteilt. Diese Aufteilung sorgt aus folgenden Gründen für einen wirtschaftlichen Einsatz:
  • a) Im Betriebsfall können die Einzelleitungen nach Plan oder nach Störungen einzeln oder gruppenweise durch die Zugänglichkeit des Kupplungsraums 12 auf Energiedurchgang geprüft oder ausgetauscht werden. Es müssen nur die Leitungsabschnitte überprüft und planmäßig nach den gemachten Erfahrungen ausgewechselt werden, deren Lebensdauer mit einem Sicherheitsabstand fast erreicht ist. Das erspart einen erheblichen Wartungsaufwand.
  • b) Weil z. B. die Leitungen 17b und 18b in der Spiralleitung 24 erheblich höher und vor allen Dingen öfter beansprucht werden als die Zugangsleitungen 17, 18 und 19 ist ihr innerer Aufbau auch wesentlich aufwendiger gestaltet und kostenintensiver. Deshalb genügen die Einzelleitungen lediglich den an sie gestellten Höchstanforderungen entsprechend den Beanspruchungen der einzelnen Verformungsbereiche I bis V.
Weil dieses Energiezuführungssystem auch für anders gestaltete Arme mit mehr oder weniger bewegten Achsen baukastenmäßig eingesetzt wird, ist es je nach Bedarf möglich, daß im Bereich der Schwenkachse 2E die Leitungen 17b und 18b gegen die Leitung 19b oder umgekehrt teilweise oder vollständig ausgetauscht werden.
Bezugszeichenliste
1D Drehachse
2E Schwenkachse
3P Drehachse
4 Arm
5 Lager
6 Drehkörper
7 Schwenkkörper
8 Anschlußstück
8a Schlitz für Pos. 19c
8b Schlitz für Pos. 24
8c Kabelführungsring
8d Öffnung
10 Halter
11 Leitungszugangsbereich
12 Kupplungsraum (für Leitungen)
13 Ausnehmung
14 Ausnehmung
15 Elastikaufhängung
16 Flexführungselement
17, 17a, 17b, 17c, 17d Steuerleitungen
18, 18a, 18b, 18c, 18d Energieleitungen
19, 19a, 19b, 19c, 19d Druckmittelleitungen
20 Ausgleichsbogen/-schlaufen
21 Kupplung (winkelförmig)
22 Kupplung (winkelförmig)
23 Kupplung (winkelförmig)
24 Spiralleitung
25 Buchse
26 Leitring
27/27a Kupplung
28/28a Kupplung
29 Halter
30 Halter
31 Leitring
32 Leitringträger
33 Schraube
34 Scheibe
35/35a Feder(n)
36 Mutter
37 Buchse
38 Klemmeinrichtung
39 Gerät (Greifer, Greifer­ wechselsystem, Bearbei­ tungsmaschine, wie z. B. Bohrmaschine elektr. pneum. o. hydr. betätigt bzw. angetrieben)
40 Lager
41 Lager
42 Gleitfolien-Ring; vorzugsweise aus PTFE
43 Gleitfolie; vorzugsweise aus PTFE
44 Verbindungsmittel
45 Wartungsflansch
46 Abdeckung

Claims (10)

1. Leitungsführung an einem mehrachsig bewegbaren Arm, z. B. eines Industrieroboters, an einem um eine erste Drehachse drehbaren Drehkörper vorbei zu einem über eine Schwenkachse um ca. ±90° schwenkbar damit verbundenen Schwenkkörper mit einem um eine zweite Drehachse um ca. ±180° drehbaren Anschlußstück für Energieverbraucher, wie zu steuernde und zu überwachende Elektro-, Pneumatik- oder Hydraulikgeräte, wobei Leitungen zum Ordnen und Führen in einem Führungselement angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß das Führungselement als Flexführungselement (16) ausgebildet ist und die längenverschieblich angeordneten Druckmittelleitungen (19b) umschließt, daß das Flexführungs­ element im Bereich der Schwenkachse (2E) vom Drehkörper (6) zum Anschlußstück (8) annähernd konzentrisch zu deren Drehachsen (1D/3P) verläuft und an ihnen geführt ist und daß Steuerleitungen (17b) und Energieleitungen (18b) zusammengefaßt und mindestens auf einer Seite der Schwenkachse (2E) schraubenförmig um das Flexführungs­ element (16) geführt sind.
2. Leitungsführung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Flexführungselement (16) an einem Ende im Drehkörper (6) befestigt und bei drehbarem Anschlußstück (8) am anderen Ende drehbar geführt ist.
3. Leitungsführung nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Flexführungselement (16) in Form einer Schrauben­ feder dreh- und biegelastisch ausgebildet ist.
4. Leitungsführung nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Flexführungselement (16) ein elastischer Schlauch ist.
5. Leitungsführung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß in den elastischen Schlauch schraubenförmig Federstahl eingebettet ist.
6. Leitungsführung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Flexführungselement (16) aus transparentem Kunststoff, z. B. Polyurethan, hergestellt ist.
7. Leitungsführung nach einem der Ansprüche 4 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Flexführungselement (16) ein Schlauch mit verschließbarem Längsschlitz ist.
8. Leitungsführung nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die in dem Flexführungselement (16) geführten Leitungen (17, 17b) und/oder 18, 18b und/oder 19, 19b) zum Längsausglseich der Schwenkbewegung des Schwenkkörpers (7) gegenüber dem Drehkörper (6) einzeln oder in Gruppen untereinander und/oder relativ zum Flexführungselement (16) längenverschieblich angeordnet ist.
9. Leitungsführung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die durch das Flexführungselement (16) geführten Leitungen am Anschlußstück (8) mit in einem Leitringträger (32) längsverschieblich gehaltenen Kupplungen (22) ver­ bunden sind und/oder bei Bedarf mit auf der anderen Seite der Schwenkachse (2E) angeordneten Kupplungen (21) verbunden sind.
10. Leitungsführung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Kupplungen (21) Winkelstücke sind, an denen die Leitungen (17a, 18a, 19a) in einem Ausgleichbogen (20) angeschlossen sind.
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