DE4141241A1

DE4141241A1 - Multiblock-robot

Info

Publication number: DE4141241A1
Application number: DE4141241A
Authority: DE
Inventors: Uwe Kochanneck
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1990-09-24
Filing date: 1991-12-14
Publication date: 1992-07-16

Description

Die Erfindung betrifft ein Robotsystem mit robot-spezifischen Wirkungsweisen der im Oberbegriff des Pa tentanspruchs 1 genannten Art. Ein derartiges Robotsystem ist aus der Haupt-Patentanmeldung (P 40 30 119.2-15) bekannt. Diese Anordnung erbringt den Vorteil, daß Robots mit minimalem Aufwand in Entwicklung und Konstruktion für spezielle Aufgaben erstellt werden können und mit wenigen Handgriffen, von den Anwendern selbst für ein anderes Wirkungsspektrum umgebaut werden können.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die Vorteile dieses flexiblen Multiachsen-Robotsystems durch Einführung einer geringen Anzahl neuer Einbauelemente, in der Funktion der Anwendungsflexibilität und der Anwendungsbreite noch zu erweitern und die Baumaße dabei noch zu reduzieren. Dies ist gemäß der Erfindung dadurch erreicht, daß zusätzlich zu den Robot-Block-Normteilen mit Antriebsmotoren die seitlich an den Außenwandungen der Strom- und Informationskanäle befestigt werden, Robot-Block-Normteile mit Strom- und Informationskanälen eingesetzt werden, die selbst als Antriebsmotorkern ausgebildet sind und von Innenwicklungen umschlossen werden, die über den motorisch notwendigen Luftspalt von Außenwick lungen umschlossen sind die von einem Gehäuse umgeben werden, das mit Kugellagern an den Strom- und Informationskanälen drehbar gelagert ist und mit dem Zwischenring am Blockgehäuse befestigt ist und die Außenwicklungen und die Innenwicklungen, sowohl als Rotorwicklung als auch als Statorwicklung dient und dadurch entweder die Drehflansch-Steckverbindungen mit Strom- und Informationskanal angetrieben werden oder aber das Blockgehäuse und daß die Außenwicklungen und die Innenwicklungen bei Stromver sorgung durch den Strom- und Informationskanal eine Antriebskraft auf die Drehflansch-Steckverbindun gen oder die Blockgehäuse ausüben die mit Endgliedern, bestehend aus Werkzeugen, Rädern und Rotorblättern ausgeführt werden und für Multiachsen-Bewegungsabläufe bei Robotern, Werkzeugmaschi nen, Ventilatoren, Turbinen und Elektrofahrzeugen eingesetzt werden und bei Fremdantrieb der Endglieder durch Windkräfte, Bremswirkungen von Rädern, Ventilatoren, Turbinen, Rotorblättern, Werkzeugen, die Au ßenwicklungen und die Innenwicklungen als Generator wirksam werden und Strom in die Strom- und Kom munikationskanäle eingespeist wird.

Hiermit ist gegenüber dem Stand der Technik erreicht, daß die Vielfalt und Funktion der erstellten Baugrup pen der Multiblock-Robots durch minimale Bauteilergänzung und Bauteilplazierungsvarianten des gesam ten Multiblock-Robotbausatzes noch gesteigert wird und die Kombination untereinander weiter gefördert wird, wobei die Vielfalt der Anwendungsmöglichkeiten, und Aufbauformen noch erweitert wird und auf unter schiedlichste Fachbereiche anwendbar wird. Gleichzeitig wird die Bauweise verkleinert und die Anwendung auch auf Kleinstroboter und Sektoren ausgedehnt in denen die Baugroße von Multiachsen-Bewegungskon zeptionen eine Rolle spielt.

Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen genannt.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von Ausführungsbeispielen mit Bezug auf die Zeichnung näher er läutert. In dieser zeigt

Fig. 1 einen Multiblock mit Drehflansch-Steckverbindungen in Schnittdarstellung mit Befestigung des Ge häuses der Außenwicklungen am Multiblock-Gehäuse,

Fig. 2 einen Multiblock mit Drehflansch-Steckverbindungen in Schnittdarstellung ohne, Befestigung des Ge häuses der Außenwicklungen und mit Getrieberitzel-Verbindung zum Zahnkranz-Innenring der Drehflansch- Steckverbindungen,

Fig. 3 einen Multiblock mit Drehflansch-Steckverbindungen in Schnittdarstellung mit Befestigung des Ge häuses der Außenwicklungen am Multiblock Gehäuse,

Fig. 4 eine Kornbination von Multiblocks gemäß der Fig. 3 und Multiblocks gemäß der Fig. 1 mit einem Endglied, das als Rotorblatt ausgeführt ist,

Fig. 5 eine Kombination von Multiblocks gemäß der Fig. 3 zusammen mit einem Multiblock gemäß der Fig. 1 mit einem Endglied, das als Greifeinrichtung ausgeführt ist,

Fig. 5 eine Kombination von Multiblocks gemäß der Fig. 3 und Multiblocks gemäß der Fig. 1 mit mit je einem Endglied, das als Rotorblatt ausgeführt ist,

Fig. 6 eine Kombination von Multiblocks gemäß der Fig. 1, 2, 3 mit je einem Endglied, das als Fahrzeugrad ausgeführt ist,

Fig. 7 eine Kombination von Multiblocks gemäß der Fig. 1, 2 mit mit je einem Endglied, das als Propellerrad ausgebildet ist.

Fig. 1

Auf die Außenwandung des mittigen Strom- und Informationskanals 3 ist jeweils im Steckverbindungsbe reich eine Innenwicklung 8′′ fest aufgesetzt, die von einer Außenwicklung 8′ umschlossen wird und über den motorisch notwendigen Luftspalt von der Innenwicklung 8′ getrennt ist. Die Außenwicklung 8′ ist von einem Gehäuse 19 umgeben, das an Kugellagern 20 drehbar befestigt ist, die auf den Außenwandungen des Strom- und Informationskanals 3 fest aufsitzen. Innerhalb des Gehäuses 19 sind auf den Außenwan dungen des Strom- und Informationskanals 3 ist ein innerer Schleifring- und Induktivkörper 10′ aufgesetzt, der durch einen Luftspalt von dem äußeren Schleifring und Induktivkörpern 10′′ getrennt ist, der mit einem Schleifring und Induktivkörper-Halter am Gehäuse 19 befestigt ist. Sowohl die Innenwicklung 8′′ als auch die Außenwicklung 8′ haben somit Anschluß an die Strom- und Versorgungsleitungen und die Kommunika tions- und Steuerleitungen des Strom- und Informationskanals 3. Es wird je nach Elektro-Motorprinzip An wendung, die Innenwicklung 8′′ und die Außenwicklung 8′ über den Strom- und Informationskanal 3 und den inneren Schleifring-und Induktivkörper 10′ und den äußeren Schleifring- und Induktivkörper 10′′ mit Strom versorgt und Drehfelder in den Innen- und Außenwicklungen erzeugt. Hierbei kann die Innenwick lung 8′′ mit der gesamten Drehflansch-Steckverbindung 2 als Rotor wirksam werden und die Außenwick lung 8′ mit dem zugehörigen Gehäuse 19 und dem gesamten Multiblock-Gehäuse 9 mit der festen Verbindung über den Zwischenring 21 als Stator, oder umgekehrt die Drehflansch-Steckverbindung 2 als Stator und das Multiblock-Gehäuse 9 als Rotor, gemäß der Wirkung eines Innenläufer- und eines Außenläu fer-Elektromotors. Gleichzeitig kann nach dem Generator-Prinzip über eine Dreh-Krafteinwirkung von au ßen auf die Drehflansch-Steckverbindung 2, oder das Multiblockgehäuse 9, ein Strom in den Außen- und Innenwicklungen 8′, 8′′ erzeugt werden, der nun über die äußeren und inneren Schleifring- und Induktivkör per 10′′, 10′ von außen in die Strom- und Kommunikationskanäle eingeleitet wird. Durch die zentrische An ordnung der Außen- und Innenwicklungen (8′, 8′′) rund um die Strom- und Kommunikationskanäle, als direkter Bestandteil der Drehflansch-Steckverbindung 2 wird das gesamte Robot-Block-Normteil 1 noch kompakter und kleiner in den Außenmaßen. Gleichzeitig wird es als Multiachsen-Bauteil generell für An triebs- als auch für Generatorzwecke eingesetzt.

Fig. 2

Das Gehäuse 19 der Außenwicklung 8′ ist hier nicht mit einem Zwischenring 20 direkt mit dem Multiblock- Gehäuse 9 verbunden. Statt dessen wird zentrisch und mit einem Luftspalt zum Strom- und Kommunika tionskanal 3 ein Hohlritzel 22 auf das Gehäuse 19 aufgesetzt, so daß sowohl die Drehflanschsteckverbindung 3 und das Gehause 19 gegeneinander frei drehbar bleiben. Das Hohlritzel 22 greift in ein Zwischenzahnrad 23 ein, das außerdem in den, Zahnkranz-Innenring 4, der Drehverbindun gen 4 eingreift. Dadurch wird ein Untersetzungsverhältnis zwischen der Umdrehungsgeschwindigkeit des Gehäuses 19 und dem gesamten Blockgehäuse 9 erreicht.

Fig. 3

Jede Außen-Innenwicklung 8′, 8′′ des Multiblock-Normteils 1 kann als Antriebs- oder Generatoreinheit aus gebildet werden, so daß entweder horizontale oder vertikale Drehungen der Drehflansch-Steckverbindun gen 2 und des Multiblock-Gehäuses 9, durch Stromeinspeisung von den Strom- und Informationskanälen 3 erreicht werden oder aber Strom in die Strom- und Kommunikationskanäle 3 eingespeist wird, der über Fremddrehung von außen an den Drehflansch-Steckverbindungen einwirkt.

Fig. 4

Mehrere Multiblock-Normteile 1 werden so zu einem Windkraftwerk kombiniert, das horizontale und verti kale Drehungen über die Multiachsen-Bewegungen der Multiblock-Normteile 1 mit Drehflansch-Steckver bindungen 2 ausgeführt werden können. Die Endglieder 24, bestehend aus Wind-Flügelrädern, werden mit festem Anschlußflansch, in Kompatibilität zu dem Anschlußflansch der Drehflansch-Steckverbindungen 2, direkt auf das Multiblock-Normteil 1 aufgesteckt. Die Windkraft bringt, die Endglieder 24 in Drehung und die Drehkraft wird über die Außenwicklungen und Innenwicklungen 8′, 8′′ nach dem Generatorprinzip in Strom umgewandelt, der in die Strom- und Kommunikationskanäle eingespeist wird. Der Stutzmast selbst wird als Endglied 24, ebenfalls mit einer Multiblock-Normteil 1 kompatiblen Drehflansch-Steckverbindung 2 ausgeführt und ein Strom- und Kommunikationskanal 2 bis zum Boden und bis zu einem Netzverteiler in Bodenhöhe geführt. Mit der Ausführung der Außenwicklungen und Innenwicklungen 8′, 8′′ sowohl als Gene rator als auch als Antriebseinheit, werden mit dem eingespeisten Strom einige Außenwicklungen und In nenwicklungen 8′, 8′′ in den Multiblock-Normteilen 1 als Stromverbraucher zu Antrieben und stellen je nach Windrichtung entsprechend dem günstigsten Einfallwinkel der Windkraft horizontal und vertikal kontinuier lich neu ein und drehen der Windrichtung neu zu und schalten außerdem je nach Windkraft, innerhalb der Multiblock-Normteile 1 einige oder alle Außenwicklungen 8 und Innenwicklungen 8′′ als Generatoren und Stromerzeuger neu zu. Die Endglieder 24 werden dementsprechend mit Sensoren zur Erfassung der Windrichtung und Windkraft ausgerüstet, deren Meßwerte mit den Elektronik-Einbauelementen 11 inner halb der Multiblock-Normteile 1 steuerungstechnisch ausgewertet werden. Durch die Multiachsendrehung und die Zu- oder Abschaltung von Generatoren je nach Windkraft wird der Wirkungsgrad derartiger Wind kraftwerke entscheidend verbessert.

Fig. 5

Mehrere Multiblock-Normteile 1 bilden einen Roboter-Multiachsen-Schwenkarm mit einem Endglied 24, das als Greifeinrichtung ausgeführt ist. Der Greifmechanismus des Endgliedes 24 wird hier direkt von ei nem Antriebsritzel 25 angetrieben das auf den festen, aufsteck-kompatiblen Anschlußflansch zur Dreh flansch-Steckverbindung 2 des Multiblock-Normteiles 1 aufgesteckt ist. Damit die Verstellung der Greiffinger allein durch die Drehbewegungen der Drehflansch-Steckverbindung 2 über das Antriebsritzel 25 erfolgen kann, stützt sich der Greifmechanismus hier in Drehgelenken 26 ab, die auf das Multiblock-Ge häuse 9 aufgesteckt sind. Die Multiblock-Normteile 1 mit Getriebeeinsatz wie das Getrieberitzel 22 und 23, mit Überleitung von untersetzten Umdrehungszahlen von den Außen- und Innenwicklungen 5′, 5′′ innerhalb der Multiblock-Normteile 1 zu den Endgliedern 24 werden insbesondere für Anwendungen eingesetzt in denen niedrige Umfangsgeschwindigkeiten der Endglieder 24 erforderlich sind.

Fig. 6

Mehrere Multiblock-Normteile 1 bilden das Chassis eines Elektrofahrzeuges. Die Endglieder 24 mit ihrem fe sten, kompatiblen Anschlußflansch zu den Drehflansch-Steckverbindungen 2 der Multiblock-Normteile 1, sind hier als Fahrzeugräder ausgeführt. Die Antriebs- und Bremsbewegungen erfolgen über die Antriebs- Schaltung von Außenwicklungen und Innenwicklungen 5′, 5′′, in den Multiblock-Normteilen 1. Die Bremsen ergie des Elektrofahrzeuges wird über die Generator-Schaltung von Außenwicklungen und Innenwicklungen 5′, 5′′ in den Multiblock-Normteilen in Strom umgewandelt und zu Multiblock-Normteilen 1 geführt, die mit Einbauelementen 11 in Form von Akku-Zellen ausgerüstet sind. Jedes Fahrzeugrad ist dementsprechend einzeln angetrieben und gibt auch einzeln Bremsenergie an die Einbauelemente 11 ab. Die Lenkung des Elektrofahrzeuges erfolgt in Betrachtung der Vorderachse und Hinterachse, jeweils zwi schen den beiden Drehflansch-Steckverbindungen 2 der vertikal übereinander angeordneten Multiblock- Normteile 1, die links und rechts zu dem mittig angeordneten Multiblock-Normteil 1 eingesetzt sind. So ist die Lenkung jedes Rades individuell und einzeln möglich.

Fig. 7

Die multiachsen Bewegungen mehrerer Multiblock-Normteile 1 in Kombination mit Endgliedern 24, die hier als Vortriebspropeller ausgeführt sind, werden zur Verstellung des Anstellwinkels und gleichzeitigen Er zeugung der Vortriebskraft eingesetzt. Bei Flugbooten werden die Propeller zur Manövrierung als Ersatz einer Rudermaschine mit gleichzeitiger Vortriebs-Schraubenkraft eingesetzt. Sie werden über die Dreh flanschsteckverbindungen zwischen jedem Multiblock-Normteil in das Fahrwasser eingeschwenkt, einge taucht gefahren und auch aus dem Wasser geschwenkt als Luftschraube wirksam. Bei Flugkörpern werden die Endglieder 24 ebenfalls als Vortriebspropeller ausgeführt und gleichzeitig zur Verstellung des Anstellwinkels mit Erzeugung der Vortriebskraft eingesetzt. In dieser Art werden die Endglieder beim Start vertikal eingeschwenkt und übernehmen die Antriebskraft in der Wirkungsweise eines Hubschrau bers. Bei Erreichung ausreichender Höhe werden die Multiblock-Normteile 1 über die Drehflansch-Steck verbindungen 2 horizontal geschwenkt und übernehmen die Vortriebskraft. Die Multiblock-Normteile ohne Getriebeeinsatz wie der Getrieberitzel 22 und 23, sondern mit Zwischenring (21) ausgerüstet, mit der direk ten Überleitung von hohen Umdrehungszahlen in den Außen- und Innenwicklungen 8′, 8′′ innerhalb der Mul tiblock-Normteile 1, werden insbesondere für Anwendungen eingesetzt in denen hohe Umfangsgeschwindigkeiten der Endglieder 24 erforderlich sind. Als Endglieder 24 werden jedoch auch Turbinenlaufwerke eingesetzt, die mit festen, kompatiblen Anschlußflanschen zu den Drehflansch-Steckver bindungen 2 der Multiblock-Normteile ausgerüstet sind. In diesem Fall werden die Multiachsen-Bewegun gen der Multiblock-Normteile nur für den Verstellung der Anstellwinkel eingesetzt und der Vortrieb erfolgt über die Turbinenlaufwerke.

Multiblock-Normteile 1 mit Außen- und Innenwicklungen 8′, 8′′ mit unterschiedlichen Endgliedern 24 wer den außerdem in all den Fachbereichen eingesetzt in denen eine Multiachsen-Bewegung mit motorischer und generatorischer Wirkungsweise erforderlich ist.

Claims

1. Robotsystem mit robot-spezifischen Wirkungsweisen, dadurch gekennzeichnet, daß aus annähernd baugleichen Robot-Block-Normteilen Multiblock-Robots mit selbstoperierenden Geh-, Fahr- und Manipu lationseigenschaften montiert werden, die mit zueinanderpassenden, horizontalen- und vertikalen Dreh flansch-Steckverbindungen ausgeführt werden, wobei jede Drehflansch-Steckverbindung mit Einraststeckern und federbelasteten Einrastklemmhebeln ausgerüstet ist und eine Drehverbindung mit An triebsmotoren erhält und mittig durch die Drehflansch-Steckverbindungen ein Strom- und Kommunika tionskanal hindurchführt der Strom- und Versorgungsleitungen und Kommunikations- und Steuerleitungen aufnimmt die zu inneren und äußeren Schleifring- und Induktivkörpern und zu weite ren Drehflansch-Steckverbindungen, zu den Antriebsmotoren und je nach Anwendungs-Zielsetzungen, zu Einbauelementen, bestehend aus Akkumulatoren, aus Sensoren, aus Elektronikplatinen, im Inneren der Blockgehäuse führen, daß die Strom- und Versorgungsleitungen an den Enden des Strom- und In formationskanals in Steckereinheiten mit Steckkontakten und in Steckerbuchsen-Einheiten mit Stecker buchsen geführt werden wobei die Drehflansch-Steckverbindungen mit dem mittigen Strom- und Kommunikationskanal über die Drehverbindungen und die Antriebsmotoren um die eigene Mittelachse gedreht und angetrieben werden und das Blockgehäuse still steht, daß die Drehflansch-Steckverbindun gen mit dem Strom- und Kommunikationskanal still steht und nur das Blockgehäuse rotiert, daß die Drehflansch-Steckverbindung mit dem Strom- und Kommunikationskanal und das Blockgehäuse ge meinsam, über das Robot-Block-Normteil einer Nachbar-Drehflansch-Steckverbindung angetrieben wer den, oder aber nur die Drehflansch-Steckverbindung mit dem Strom- und Informationsleitungskanal durch eine Nachbar-Drehflansch-Steckverbindung angetrieben wird und dabei das Blockgehäuse still steht und daß durch die Drehflansch-zu-Drehflansch- Steckverbindungen ein zusammengesteckter Multi block-Robotaufbau über die Zentrierung durch die Einraststecker, die Klemmwirkung der federbelaste ten Einrastklemmhebel, den Kontaktschluß der Steckereinheiten und der Steckerbuchsen-Einheit zueinander und der Robot-Block-Normteile untereinander erreicht wird, der über die Drehverbindungen und die Antriebsmotoren, durch reine Drehkraftübertragungen, je nach Zusammenstecken von Robot- Block-Normteilen mit unterschiedlichen Anwendungs-Zielsetzungen, variierbare Manipulations- und Fort bewegungen in mehrachsigen Bewegungsfreiheitsgraden durchgeführt werden nach P 40 30 119.2, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich zu den Robot-Block-Normteilen (1) mit Antriebsmotoren die seitlich an den Außenwandungen der Strom- und Informationskanäle (3) befestigt werden, Robot-Block- Normteile (1) mit Strom- und Informationskanälen (3) eingesetzt werden, die selbst als Antriebsmotor kern ausgebildet sind und von Innenwicklungen (8′′) umschlossen werden, die über den motorisch notwendigen Luftspalt von Außenwicklungen (8′) umschlossen sind die von einem Gehäuse (19) umge ben werden, das mit Kugellagern (20) an den Strom- und Informationskanälen (3) drehbar gelagert ist, und mit dem Zwischenring (21) am Blockgehäuse (9) befestigt ist und die Außenwicklungen (8′) und die Innenwicklungen (8′′), sowohl als Rotorwicklung als auch als Statorwicklung dient und dadurch entwe der die Drehflansch-Steckverbindungen (2) mit Strom- und Informationskanal (3) angetrieben werden oder aber das Blockgehäuse (9) und daß die Außenwicklungen (8′) und die Innenwicklungen (8′′) bei Stromverorgung durch den Strom- und Informationskanal (3) eine Antriebskraft auf die Drehflansch- Steckverbindungen (2) oder die Blockgehäuse (9) ausüben die mit Endgliedern (24), bestehend aus Werkzeugen, Rädern und Rotorblattern ausgeführt werden und für Multiachsen-Bewegungsabläufe bei Robotern, Werkzeugmaschinen, Ventilatoren, Turbinen und Elektrofahrzeugen eingesetzt werden und bei Fremdantrieb der Endglieder (24) durch Windkräfte, Bremswirkungen von Rädern, Ventilatoren, Tur binen, Rotorblättern, Werkzeugen, die Außenwicklungen (8′) und die Innenwicklungen (8′′) als Gener ator wirksam werden und Strom in die Strom- und Kommunikationskanäle (3) eingespeist wird.

2. Robotsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an dem Gehäuse (19) an der Seite der Außenwicklungen (8′) die zu den Drehflansch-Steckverbindungen (2) gerichtet ist, ein Hohlritzel (22) befestigt ist, das den Strom- und Informationskanal (3), berührungslos umschließt und in ein Zwischen ritzel (23) mit Kraftschluß zum Zahnkranz des Drehverbindungs-Innenrings (4) eingreift und über dieses Zwischengetriebe der Antrieb erfolgt.

3. Robotsystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß auf einem Strom- und Informa tionskanal (3) unterschiedliche Antriebsarten mit seitlich angeordneten Antriebsmotoren und mit mittig zur Drehachse der Robot-Block-Normteile (1) aufsitzenden Außen- und Innenwicklungen (8′, 8′′) hinterein ander angeordnet werden und innerhalb eines Robot-Block-Normteiles (1) Drehflansch-Steckverbindun gen, (2) mit Strom- und Informationskanal (3), mit unterschiedlichen Antriebsarten nebeneinander und zueinander gegenüberliegend eingesetzt werden.