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TECHNISCHES UMFELD
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Die
vorliegende Erfindung betrifft einen Industrieroboter mit einer
Vorrichtung zum Führen
eines Kabelsatzes und ein Verfahren für und eine Anwendung des Roboters.
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STAND DER TECHNIK
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Bei
Industrierobotern ist es üblich,
den Kabelsatz innerhalb des Roboters anzuordnen. Bei Schweißrobotern
ist es ebenso üblich,
dass der Kabelsatz an der Außenseite
des Roboters verläuft.
Bei Schweißarbeiten
in der Autoindustrie muss der Roboter fähig sein, in begrenzte Räumen hineinzureichen,
um zu schweißen.
Falls der Kabelsatz dann frei an der Außenseite des Roboters verläuft, liegt
eine Gefahr darin, dass er sich in anderen Gegenständen verfängt, die
bei der Montage von Autos auftreten, und insbesondere wenn der Kabelsatz
um das Gelenk oder Werkzeug des Roboters herum ungeschützt ist.
Ein Verfangen auf dieser Art führt
wiederum zu Schäden
am Roboter und zur unfreiwilligen Unterbrechung von Vorgängen, was
einen nachteiligen Einfluss auf die Produktion hat.
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Der
Ausdruck Kabelsatz bezieht sich hier auf Prozess- bzw. Betriebs-Kabelsätze für, beispielsweise,
Schweißelektroden,
eine Spannungsversorgung für
das gegenwärtige
bzw. eigentliche Werkzeug und für
den Roboter. Zusätzlich
kann der Ausdruck zusätzliche
Leitungen einschließen,
für beispielsweise unterschiedliche
Anforderungen bzw. Bedürfnissen des
Kunden.
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Die
Druckschrift WO 85/01686 zeigt einen Industrieroboter, der mit einer
Schweißausrüstung ausgerüstet ist.
Der Kabelsatz verläuft
entlang der Außenseite
des Roboters zu einem Schweißwerkzeug. Dort
hat das Werkzeug die Möglichkeit,
sich um mehr als 90° sowohl
zu rotieren als auch zu drehen biegen, ohne dass dies eine größere Belastung
in dem Kabelsatz verursacht.
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Die
Druckschrift
EP 0 873 826 zeigt
ein Gelenk für
einen Industrieroboter. Das Gelenk ist aus drei Teilen (
16,
17,
20)
gebildet, welche miteinander verbunden sind, um zu drehen, und so
ausgelegt sind, dass sie einen offenen durchgehenden Kanal bilden.
Die Kabel und Leitungen für
die Spannungsversorgung sind durch das Gelenk und hinaus zu einem
Werkzeug geführt.
Die Aufgabe des Gelenks ist es, den Kabelsatz vollständig zu
umschließen.
Die Vorteile, die angegeben sind, sind, dass die Abmessungen des
Arms verringert sind, und dass es dort eine geringere Gefahr für ein Verfangen
des Kabels gibt, und dass es dort weniger Probleme mit Verformungen
oder Torsionen der Kabel und Leitungen gibt. Innerhalb des Gelenks
ist der Kabelsatz
49 mit zwei Klemmmitteln
50 und
51 fest
befestigt, welche jeweils innerhalb der Hohlelemente
40 bzw.
47 angeordnet
sind. Die Auslegung erlaubt durch die Drehung der Teile
16 und
17 und
gleichzeitige Drehung des Kabelsatzes ein maximales Schwenken des
Gelenks um 90°.
Die unterschiedlichen Kabel, Leitungen und Rohre des Kabelsatzes
liegen radial ausgebreitet und sind voneinander über die gesamte Querschnittsfläche der
Klemme getrennt.
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Probleme
entstehen, wenn die Arbeit, die der Roboter durchführen soll,
verlangt, dass der Roboter sein Gelenk um mehr als 90° schwenken
kann, und dass er gleichzeitig den Kabelsatz schützen muss. Die Kabel für den elektrischen
Strom für
Schweißelektroden,
für Spannungsversorgung,
für Werkzeuge und
den Roboter, elektrische Signalkabel zum Übertragen von Information von
Sensoren an dem Schweißkopf,
Leitungen für
Druckluft und Kühlmittel müssen fähig sein,
die erforderliche Verschwenkung während gleichzeitigem Drehen
aufzunehmen, und trotzdem eine hohe Widerstandsfähigkeit bei gleichzeitigem
Schwenken und Drehen zu bieten. Die Versorgungsleitungen in dem
Europäischen
Patent Dokument liegen in den Klemmen 50 und 51 radial
ausgebreitet, und die Auslegung erlaubt kein Schwenken des Kabelsatzes
um mehr als 90°.
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Bei
der Herstellung von Industrierobotern mit einer großen Bewegungsfreiheit
des Werkzeugs entsteht daher die Notwendigkeit, den Kabelsatz so
anzuordnen, dass er innerhalb des Roboters geschützt ist, in einer Weise, welche
das Schwenken des Kabelsatzes um mindestens 90° während gleichzeitiger Drehung
erlaubt.
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Diese
Anforderung kann nicht von irgendeinem der Industrieroboter erfüllt werden,
die in den erwähnten
Patentdokumenten gezeigt sind.
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ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
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Bei
dem Auslegen von Robotern ist es die Aufgabe gemäß der Erfindung, den Roboter
so auszulegen, dass dessen Kabelsatz den gesamten Weg durch einen
zentralen Hohlraum durch/in dem Roboter geschützt verläuft. Wenn der Roboter beispielsweise
als ein Schweißroboter
verwendet wird, ist es notwendig, dass der Roboter mit einem speziellen Kabelsatz
ausgerüstet
ist, wobei gleichzeitig auch eine gute Manövrierbarkeit des Schweißwerkzeuges notwendig
ist. Besonders in der Autoindustrie wird eine Menge Schweißarbeit
mit Robotern erledigt. Das Schweißwerkzeug muss fähig sein,
zu drehen und zu rotieren, so dass der Roboter in begrenzte Räume in einer
für Schweißtechniken
geeigneten Weise hineinreichen kann. Der Bedarf an guter Manövrierbarkeit
des Schweißwerkzeugs
verlangt wiederum, dass der Kabelsatz Verschwenkungen von 90° oder mehr
aufnehmen kann und gleichzeitig dreht.
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Während gleichzeitigem
Verschwenken und Drehen eines Kabelsatzes sind die einzelnen Leitungen
elastischer Belastung und Torsionen ausgesetzt. Da sich der Roboter
in sich wiederholenden Zyklen bewegt, tritt dies die ganze Zeit
an denselben Stellen in dem Kabelsatz auf, was mit der Zeit zum
Verschleiß führt. Die
einzelnen Leitungen und Kabel sind abhängig von deren Funktion aus
unterschiedlichen Materialien hergestellt. Deren Betriebslebensdauer hängt daher
teilweise von den Eigenschaften der Materialien ab. Die einzelnen
Leitungen und Kabel verhalten sich auf Grund ihrer geometrischen
Lage in dem Kabelsatz unterschiedlich. An Stellen, wo die Verformung
und Torsion des Kabelsatzes groß ist, tritt
ein ungewollter Verschleiß der
einzelnen Leitungen auf. Die Betriebslebensdauer der Leitungen hängt somit
auch von deren physikalischer Lage in dem Kabelsatz ab.
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Es
ist daher notwendig, einen verschlissenen oder aber einen beschädigten Kabelsatz
nach einer bestimmten Betriebszeit zu ersetzen, um die Gefahr eines
ungewünschten
Produktionsstopps zu beseitigen.
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Der
Entwicklung von Kabelsätzen
für Roboter
bewegt sich in Richtung eines flexibleren Systems, wobei der Roboter
gemäß einem
Standardkonzept ausgestattet ist. Der Kunde entscheidet dann, wie
der Roboter vor der Lieferung ausgestattet werden soll. In einem
flexiblen System ist es für
den Kunden ebenfalls möglich,
das Anwendungsgebiet des Roboters zu ändern.
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In
Bezug auf die oben genannten Anforderungen müsste ein Roboter so ausgelegt
werden, dass es einfach ist, den Kabelsatz auszutauschen oder wahlweise
etwas dazu hinzuzufügen.
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Die
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist somit, einen Roboter zu erhalten,
in welchem ein Kabelsatz in einer kompakten/raumsparenden und geschützten Weise
angeordnet ist. Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, die Versorgungsleitungen
so anzuordnen, dass sie eine Verschwenkung um mehr als 90° und ein
Drehen für
eine ausreichende Anzahl von Malen ohne Probleme erlauben.
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Die
Lösung
gemäß der Erfindung
ist, einen Teil des Kabelsatzes die Drehbewegung aufnehmen zu lassen
und einen anderen Teil des Kabelsatzes die Schwenkbewegung aufnehmen
zu lassen und eine Führungshalterung
anzuordnen, um einen Übergang
zwischen Drehbewegungen und Schwenkbewegungen zu gestatten.
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BESCHREIBUNG DER FIGUREN
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Die
Erfindung wird in größerem Detail
erklärt, durch
Beschreiben eines Beispiels einer Ausführungsform mit Bezug auf die
angehängte
Zeichnung, worin:
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1 einen drehbaren Roboteroberarm bzw.
oberen Roboterarm mit einem Gehäuse
zeigt, das gemäß der Erfindung
angeordnet ist,
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2 eine
Ausgestaltung der Erfindung mit entlang eines Flächendurchmessers des Gehäuses ausgebreiteten
Leitungen zeigt,
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3 die
Führungsmittel
und Robotereinheit mit dem Kabelsatz in einer geraden/nichtverschwenkten
Position zeigt,
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4 den
Stand der Technik zeigt.
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BESCHREIBUNG VON AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Die
Erfindung betrifft einen Industrieroboter, welcher einen um seine
Längsachse
(A) drehbaren hohlen Armteil bzw. Arm 1 einschließt, durch
welchen ein Kabelsatz 4 gezogen ist und mit einer um eine Achse
(B) drehbaren Robotereinheit 3 verbunden ist, wobei der
Arm und die Robotereinheit für
eine Drehung und ein Verschwenken im Bezug aufeinander angeordnet
sind (1a). Der Kabelsatz ist in einer im
Arm 1 angeordneten Führungshalterung 5 radial befestigt,
wobei die Halterung angeordnet ist, um im Wesentlichen zusammen
mit der drehbaren Robotereinheit 3 zu drehen. Der Kabelsatz
ist geführt
und gehalten durch die Halterung 5, welche beweglich in dem
Arm angeordnet ist. Die Halterung kann sich somit drehen und ist
angeordnet, um in dem Arm innerhalb eines begrenzten Intervalls
der Längsachse
des Arms zu gleiten bzw. verschoben zu werden. Während gemeinsamem Schwenken/Kippen
um eine Achse (C) und Drehung um eine Achse (B) der Robotereinheit
in Bezug auf den Arm, wird die Schwenkbewegung des Kabelsatzes durch
den Teil des Kabelsatzes aufgenommen, welcher zwischen der Halterung 5 und
der Robotereinheit 3 gelegen ist und die Drehbewegung wird
durch den Teil des Kabelsatzes aufgenommen, welcher vor der Halterung
gelegen ist, wenn aus der Richtung der Stromversorgung betrachtet.
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Der
in der Ausführungsform
gezeigte Industrieroboter (1c), welcher
den um seine Längsachse
(A) drehbaren hohlen Oberarm 1 einschließt, weist
ein Gelenk 2 und eine Drehscheibe 3' auf. Ein Kabelsatz (nicht gezeigt)
ist durch den Roboter zu dem Oberarm 1 und dann durch' das Gelenk 2 und bis
zur und durch die Drehscheibe 3' gezogen. Ein Werkzeug, beispielsweise
eine Schweißeinheit
(nicht gezeigt), ist angeordnet auf und verbunden mit der Drehscheibe 3'.
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Eine
Führungshalterung 5' ist in dem
Oberarm 1 angeordnet, um das Kabel innerhalb des Arms zu
führen,
so dass es an einem Reiben gegen das Innere des Arms gehindert wird.
In der beschriebenen Ausführungsform
ist die Führungshalterung 5 als
ein Führungsblock 5' ausgebildet.
Der Block 5' ist
zylindrisch und weist durchlaufende Kanäle 6 auf, durch welche
der Kabelsatz 4 gezogen ist. Der Block 5' ist drehbar
angeordnet und angeordnet um in dem Arm entlang der Achse (A) zu
gleiten. Der Block 5' ist
in dem Oberarm 1, betrachtet von der Stromversorgung (D),
vor einer Kippachse (C) angeordnet, welche dem Kippen in dem Gelenk entspricht
(1b).
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Die
einzelnen Leitungen, die in dem Kabelsatz 4 enthalten sind,
sind axial verschiebbar und radial in den Kanälen 6 in dem Block 5' befestigt.
In dieser Ausführungsform
sind die Kanäle 6 gegenseitig auf
einem Flächendurchmesser 8 des
Blocks 5' ausgerichtet
(2). Somit nimmt der Kabelsatz 4 die Form
eines Bands 10 an (1b).
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Die
Drehascheibe 3' weist
einen zentral gelegenen Hohlraum auf, durch den der Kabelsatz hindurchgeht.
Der Kabelsatz ist an der Drehscheibe 3' befestigt, und die in dem Kabelsatz
enthaltenen Kabel und Leitungen sind hauptsächlich entlang desselben Flächendurchmessers 8 wie
im Führungsblock 5' verteilt. Die
Drehscheibe dreht sich um ihre zentrale Achse (B), die ohne Verschwenkung
mit der Achse A übereinstimmt.
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Die
Lösung
gemäß der Erfindung
(1a) ist es einen Teil des Kabelsatzes (a) die
Drehbewegung aufnehmen zu lassen, und dass der andere Teil des Kabelsatzes
(b) die Schwenkbewegung aufnimmt. In der hier beschriebenen Ausführungsform findet
das Drehen statt in dem Teil des Kabelsatzes, welcher von der Stromversorgung
(D) durch den Oberarm und zu der Führungshalterung 5 verläuft. Genauer,
es ist in dem Teil (a')
unmittelbar vor der Halterung, gesehen von der Stromversorgung,
wo die Drehbewegung aufgenommen wird. Hier ist der Kabelsatz als
ein Bündel
von Leitungen und Kabeln angeordnet, das deren Drehung erlauben.
Die Schwenkbewegung findet in dem Teil (b) des Kabelsatzes statt,
welcher zwischen der Halterung und der Drehscheibe/dem Werkzeug
verläuft.
Hier ist der Kabelsatz 4 als Seite an Seite angeordnetes
Kabelband ausgebildet und das Band erlaubt dessen Verschwenkung.
Wenn der Kabelsatz abwechselnd verschwenkt und "ausgestreckt" wird, entstehen Längsveränderungen, die durch den Kabelsatz
und die einzelnen Leitungen aufgenommen werden, denen ermöglicht wird,
axial durch den Block zu gleiten. Der Block bewegt sich entlang
eines begrenzten Abschnitts der Längsachse (A) des Arms zwischen
zwei Haltestellungen in der Form von z. B. Stiften.
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Eine
Alternative ist es, dass der Block drehbar angeordnet ist, aber
in Bezug auf die Längsachse (A)
des Arms befestigt ist. Der Kabelsatz ist bzw. wird axial durch
den Block verschoben und der Block dreht sich bedarfsgemäß. Eine
weitere Alternative ist, dass sowohl Kabelsatz als auch Block sich
axial bewegen (1b). In dieser Alternative ist
mindestens eine Leitung in dem Kabelsatz drehbar in dem Block befestigt.
Es ist bevorzugt die Zentralleitung, die fest an dem Block befestigt
ist. Die Zentralleitung 6' (2)
ist geringerer Belastung ausgesetzt und sollte die Leitung im Kabelsatz
sein, die am steifsten bzw. am festesten ist. Die Länge der
fest zwischen dem Block und der Drehscheibe befestigten Leitung ist
angepasst, dem Kabelsatz einen geeigneten Krümmungsradius zu gewähren. In 1b zeigt
I die Position auf dem Block an, wenn der Kabelsatz ausgestreckt
bzw. gerade ist, und II zeigt die Position des Blocks nach der Verschwenkung
des Kabelsatzes an. Falls notwendig, kann die Bewegung des Blocks in
der Längsrichtung
des Arms sogar hier begrenzt werden.
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Wenn
der Roboter arbeitet, wird das Werkzeug durch eine Stromversorgung
(nicht gezeigt) gesteuert. Die Drehscheibe/das Werkzeug wird gedreht und
der Teil (b) des Kabelsatzes funktioniert als ein Träger der
Drehbewegung zu der Führungshalterung,
das heißt
der Teil (b) des Kabelsatzes treibt die Halterung mit einer vernachlässigbaren
Zeitverzögerung
an. Das Ergebnis ist, dass die Drehscheibe und die Halterung sich
im Wesentlichen synchron drehen.
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Um
die Anforderung zu erfüllen,
dass der Kabelsatz den ganzen Weg durch den Roboter und hinaus durch
die Drehscheibe vollständig
geschützt
verläuft,
kann der Teil (b) des Kabelsatzes durch ein Schutzgehäuse 9 in
dem Gelenk verlaufend angeordnet werden (3).
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In
einer alternativen Ausführungsform
der Erfindung ist die Führungshalterung
als eine axial verschiebbare und kugelförmige Halterung ausgelegt.
Dann ist die Halterung angeordnet, mit der Möglichkeit einer bestimmten
Winkeleinstellung und axialen Bewegung zu führen.
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Im
Lichte der Ausführungsform
kann man eine Vielzahl von alternativen Wegen betrachten, um die
Drehung von der Drehscheibe zu der Halterung zu übertragen, so dass sich diese
im Wesentlichen synchron drehen. Eine Anzahl von Alternativen ist unten
angegeben:
Flexibler Antrieb
Faltenbalg
Getrieberäder
Antriebsgelenke,
welche alle per se vorher bekannt sind.
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Eine
weitere Alternative ist es ein Antriebsmittel auf dem hinteren Teil
des Oberarms anzuordnen, falls davon ausgegangen wird, dass das
Werkzeug auf dem vorderen Teil des Oberarms sitzt. Es ist auch möglich, dass
Antriebsmittel sowohl die Drehscheibe als auch die Halterung synchron
antreiben zu lassen.
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Der
Kabelsatz ist mit der Drehscheibe beziehungsweise mit der Halterung
mit einer gegenseitigen Ausrichtung verbunden, welche aufrechterhalten ist.
Das Konzept der Erfindung schließt ein, dass der Kabelsatz
als ein Band von Leitungen und Kabel Seite an Seite oder mit einer
anderen Ausrichtung angeordnet werden kann, welche die Schwenkbewegung erleichtert.
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Um
einen Austausch zu erleichtern, kann der Kabelsatz fertig mit der
Drehscheibe und der passenden Halterung befestigt ausgeliefert werden.