DE4125480A1 - Achsverbindungsmodule fuer roboter - Google Patents

Description

Roboter bestehen strukturtechnisch aus Gelenken und Verbin­ dungselementen, die diese Gelenke miteinander koppeln. Die Verbin­ dungselemente seien im Folgenden als Achsverbindungsmodule (AVM) bezeichnet. Sie sind der Gegenstand des beschriebenen Gebrauchs­ musters.

Die AVM eines Handhabungsgerätes werden durch Beschleunigungen der Roboterantriebe oder durch gravitative Beschleunigungen belastet. Resultierende Kräfte und Momente führen zu einer Verformung, die durch eine ausreichende Biege- und Torsionssteifigkeit u. a. der AVM in geforderten Grenzen gehalten werden muß. Darüber hinaus wird der Innenraum von AVM häufig zur Aufnahme von Robotersubsystemen, Kraftübertragungselementen oder Kabelverbindungen genutzt.

Herkömmliche AVM aus der terrestrischen Robotertechnik bestehen üblicherweise aus Hohlkörpern mit Wänden als Vollquerschnitt. Dabei kommen hauptsächlich metallische Werkstoffe zum Einsatz. Die Forderung nach sehr hoher Armgesamtsteifigkeit führt zu einer dickwandigen Ausführung der AVM. Damit erhält man auch eine aus­ reichende Querschnittssteifigkeit bzw. Querschnittsfestigkeit, so daß eine zusätzliche Stützung der AVM-Wände z. B. durch Rippen nicht erforderlich ist. Durch den Gebrauch von Metallen und die nötige Dickwandigkeit bekommen die AVM aber ihre relativ hohe Mas­ se. Sollen Achsbeschleunigungen eines Roboters erhöht werden, z. B. um die Taktzeiten im Produktionsprozeß erhöhen zu können, ist eine Verringerung der Struktur- und damit der AVM-Massen zu fordern. Durch Substitution der Metalle mit faserverstärkten Kunststoffen (FVK) kann Strukturmasse eingespart werden.

In neuen Einsatzgebieten für Roboter wie z. B. der Raumfahrt wird im besonderen Maße eine Verringerung der Massen oder auch der Bauvolumina gefordert, um die Transportkosten möglichst niedrig zu halten. Hohe Achsbeschleunigungen im Betrieb des Roboters stehen z. Z. dabei nicht im Vordergrund. Biege- und Torsionssteifigkeiten des Roboterarmes können deshalb klein bleiben. Zur Reduzierung der AVM-Massen genügt eine Substitution der Metalle alleine nicht, da dann Wandstärken so dünn werden, daß sie einer zusätzlichen Stütz­ ung bedürfen. Für Roboter sind hier AVM-Bauweisen zur Anwendung zu bringen, wie sie in der Automatisierungstechnik bisher nicht üb­ lich sind.

Das vorliegende Gebrauchsmuster vermindert die Strukturmasse und auch das umbaute Volumen von AVM für Leichtbauroboter, ohne die typische Funktionalität, die Steifigkeit oder die Festigkeit der Struktur zu beeinträchtigen. Die AVM sind auch einsetzbar für Mechanismen und Strukturen, die gleiche Anforderungen an Verbin­ dungselemente stellen wie Roboter.

Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in den Unter­ ansprüchen angegeben. Benennungen entnehme man anliegender Zeich­ nung.

Ein AVM in der Art des vorliegenden Gebrauchsmusters hat die Ge­ stalt eines unverrippten, sich zum Robotergreifpunkt hin verjün­ genden Hohlkastens mit quadratischer Querschnittsgestalt und mit Wänden in Sandwichbauweise (Figur). Diese AVM-Gestaltung zeigt Vorteile im Vergleich zu AVM herkömmlicher Art. Die verjüngende Gestalt führt zu einer geringeren Strukturmasse und zu einem ge­ ringeren umbauten Volumen im Vergleich zu einem AVM ohne Verjün­ gung. Die Realisierung der Wände als Sandwich verleiht der Quer­ schnittsgestalt der AVM eine hohe Steifigkeit und Festigkeit. Die sogenannten Häute (2) der Sandwichwände sind aus kohlefaserver­ stärktem Kunststoff realisiert. Neben einer Gewichtseinsparung gegenüber einem Metallwerkstoff gewährt die Kohlefaser eine aus­ reichende Gesamtsteifigkeit der AVM. Die Sandwichkerne (1) sind aus Schaumstoff gefertigt.

Claims (10)

1. Achsverbindungsmodul (AVM) zum Koppeln von Gelenken eines Robotersystems, gekennzeichnet durch rippenlose Hohlkasten­ bauweise, durch Kastenwände in Sandwichkonstruktion (Figur), durch quadratische, sich über die Armlänge verjüngende Quer­ schnittsgestalt des Kastens, durch Sandwichhäute (2) in den vier Kastenwänden, bestehend aus kunststoffverstärkten Kohle­ faserverbund, durch Sandwichkerne (1) in den vier Kastenwän­ den, bestehend aus Polyurethanschaum, durch gerade Kastenwän­ de, durch Krafteinleitung in den Kasten über Krafteinlei­ tungselemente (3) aus Aluminium, die an den Kastenstirnseiten die Sandwichkerne (1) der Kastenwände ersetzen und durch integrierende Bauweise des Kastens.

2. AVM nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch qualitativ gleiche Gestalt, jedoch mit größeren (D_max bzw. D_min) oder kleineren (D_max bzw. D_min) Querschnittsabmessungen und/oder anderer Ka­ stenlänge (1_AVM).

3. AVM nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch Verjüngung ledig­ lich über zwei gegenüberliegende Kastenlängsseiten mit der Länge 1_AVM.

4. AVM nach Anspruch 1 und 3, gekennzeichnet durch rechteckige Querschnittsgestalt (Figur).

5. AVM nach Anspruch 1 und 2, gekennzeichnet durch runde Quer­ schnittsgestalt (Figur).

6. AVM nach Anspruch 1 bis 5, die Sandwichwände, bestehend aus Sandwichkernen (1) und Sandwichhäuten (2) sowie Krafteinlei­ tungselementen (3), ausgeführt mit anderen Werkstoffen.

7. AVM nach Anspruch 1 bis 6, die äußere Form (Figur) mit ge­ krümmten Wänden, Querschnitt über Kastenlänge gegeben als Teil oder Ganzes der idealen Funktion D (x/1) = D₀ × (x/1)^α mit 0 α < ∞.

8. AVM nach den Ansprüchen 1 bis 7, gekennzeichnet durch soge­ nannte Differentialbauweise, Kasteneinzelteile, die durch Verbindungselemente wie Verschraubungen oder Verklebungen zur Endform (Figur) gebracht werden.

9. AVM nach den Ansprüchen 1 bis 8, gekennzeichnet als Be­ standteil einer Gesamtkonstruktion mit oder ohne Realisierung spezifischer Verbindungsschnittstellen an den Orten von D_min oder/und D_max (Figur).

10. AVM nach den Ansprüchen 1 bis 9, gekennzeichnet als Be­ standteil einer Gesamtkonstruktion, die gleiche Anforderungen an Verbindungsmodule stellt wie ein Roboter.