DE8703229U1

DE8703229U1 - Roboter

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Publication number: DE8703229U1
Application number: DE8703229U
Authority: DE
Original assignee: Kempf Widerstandsschweisstechnik 6072 Dreieich De GmbH
Current assignee: Kempf Widerstandsschweisstechnik 6072 Dreieich De GmbH
Priority date: 1987-03-03
Filing date: 1987-03-03
Publication date: 1987-12-23

Description

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BESCHREIBUNG

Die Erfindung betrifft einen Roboter, insbesondere für Punktsc.hweißarbeiten, bestehend aus einem Rumpfaggregat, einem darauf gelagerten, um mehrere Achsen drehbaren Roboterarm und einem am Ende des Roboterarmes angeordneten und um mehrere Freiheitsgrade beweglichen Werkzeugkopf mit seinen aus einer Versorgungsstation führenden Versorgungsleitungen für die Stromzufuhr, Pneumatik und Hydraulik.

Im Zuge der Automation von ganzen Produktionszweigen und Fertigungsstätten finden zunehmend komputergesteuerte Roboter Anwendung, welche in der Lage sind, mit einem Höchstmaß an Genauigkeit gleichbleibende Arbeiten auch komplizierter Art durchzuführen. Die von Robotern zu leistenden Arbeiten sind vielfältigster Art und erscheinen nahezu Unbegrenzt. Hierzu zählen in erster Linie alle mechanischen Arbeiten, wie Montagen, Manipulationen, Bohren, Polieren, Schleifen und beispielsweise auch Punktschweißen. Derartige Industrieroboter sind von kompakter Bauweise und daher sehr stabil. Sie sind so ausgelegt, daß sie auch bei schwierigen Umgebungsbedingungen einem großen Arbeitsaufkommen gewachsen sind. Die Bewegungsabläufe auch der kompliziertesten Art lassen sich mit Hilfe der sogenannten "Teach-in-Verfahren" leicht programmieren.

Für die Kommunikation zwischen Roboter und peripherer Ausrüstung sind eine große Anzahl von Ein- und Ausgangsleitungen erforderlich, welche noch ergänzt werden durch Versorgungsleitungen des Werkzeugkopfes für die Wasser-, Luft- und Stromversorgung. Diese Leitungen führen von der Versorgungsstation, welche die verschiedensten Aggregate enthält, bis zum Werzeugkopf des Roboters. Die Entfernung beträgt hier etwa 8m. Um eine geordnete und übersichtliche Leitungsführung zu ermöglichen, sind sämtliche Versorgungsleitungen in einem elastischen Wellrohr untergebracht, welches von einem Federzug an einem Galgen gehalten und geführt wird. Etwa kurz vor dem Werkzeug endet das Wellrohr mit einer Armatur und die Leitungen werden einzeln bis an ihr zu versorgendes Element

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des Werkzeugs geleitet. Das Werkzeug führt komplizierte Arbeitsgänge durch und muß oftmals in enge Arbeitsräume eindringen, beispielsweise beim Schweißen von Karossieteilen. Hierbei lassen sich Berührungen der frei zugängigen Versorgungsleitungen mit den Werkstücken nicht ausschließen, so daß der Verschleiß gerade dieser Teile sehr groß ist. Führt dieser Verschleiß zu einem Bruch einer Leitung, ganz gleich welcher Art, so ist die Funktion des Werkzeugs beeinträchtigt und das gesamte Wellrohr mit allen Versorgungsleitungen wird entfernt und ausgetauscht, da eine Reparatur der einzelnen gebrochenen Leitung am Arbeitsplatz nicht möglich oder zu zeitaufwendig ist. Die gebrochene Leitung muß aus dem Wellrohr gezogen und eine neue Leitung eingefädelt werden. Andererseits sind die Ausfallzeiten insbesondere in einer Taktstraße sehr kostspielig, so daß die Entfernung des gesamten Bündels von Versorgungsleitungen und der Austausch durch ein neues Bündel zur Zeit der einzige Weg ist, die Ausfallzeit des Roboters auf ein Minimum zu reduzieren.

Ausgehend von der Erkenntnis, daß die größte Gefahrenstelle im Bereich des Werkzeugs liegt und dort in der Regel die Beschädigungen der Versorgungs] eitungen auftreten, liegt der Erfindung die Ausgabe zugrunde, Maßnahmen vorzuschlagen, die Ausfallzeit und die Materialkosten durch den Austausch einer gebrochenen Versorgungsleitung zu Verringern.

Die Lösung dieser Aufgabe besteht nach der Erfindung darin, daß mindestens an einem festen Ort auf, an oder in dem Roboterarm für die Gesamtheit der zu einem Leitungsbündel zusammgefaßten Versorgungsleitungen eine Kupplungsstation angeordnet ist, von der die Leitungen einzeln oder in Gruppen zu ihren Werkzeugelementen geführt sind. In einer Weiterbildung der Erfindung sind mindestens an zwei einander fest zugeordneten Orten auf, an oder in dem Roboterarm für die Gesamtheit der Versorgungsleitungen Kupplungsstationen angeordnet, zwischen denen sämtliche Versorgungsleitungen fest verrohrt und mit dem Roboterarm verbunden sind.

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&ldquor; Damit wird in beiden Ausführungsformen in vorteilhafter Weise erreicht,

daß bei einer Beschädigung einer Versorgungsleitung am Werkzeugkopf nicht mehr das gesamte Bündel von Versorgungsleitungen entfernt und durch ein neues Bündel ersetzt werden muß, sondern nur noch die gebrochene Leitung, welche relativ kurz ist und mit Hilfe von an sich bekannten Schnellkupplungen in kürzester Zeit ausgetauscht werden kann. Damit können sowohl die übrigen einzelnen Versorgungsleitungen als auch das gesamte, im Schutz- oder Wellrohr befindliche Bündel weiter verwendet werden.

j In Weiterbildung der Erfindung weist die eine Kupplungsstation systemgerechte Dosen- und Dosenflanschstücke und/oder Dosen für Mehrfachschlauchverbinder und Schnellkupplungen und die andere Kupplungsstation die komplementären Steckerteile dazu auf. Hierdurch ist ein schneller und sicherer Austausch der betroffenen Leitungen möglich. Bei Verwendung entsprechender Armaturen lassen sich die Fluidikleitungen auch unter Druck des Systems schnell und leckfrei austauschen.

\ Nach der Erfindung ist jede Kupplungsstation in einem für die

komplementären Kupplungsteil der entsprechenden Versorgungsleitungen zugänglichen Gehäuse angeordnet. Hierdurch sind die Armaturen an einer übersichtlichen und zentralen Stelle zugängig und ihre Anbringung am Roboterarm kann dort erfolgen, wo die geringsten Gefahren vorliegen.

Besonders vorteilhaft ist es, die Gehäuse der Kupplungsstationen den Konturen des Roboterarmes zur Erzielung einer geringen Querschnittsbemessup.g anzupassen.

Eine Kupplungsstation ist in Weiterbildung der Erfindung im Bereich oder auf einer Drehachse des Roboterarmes angeordnet. Hierdurch ist die durch die Bewegung des Roboterarmes auftretende Belastung für das Schutz- oder Wellrohr sehr gering, da praktisch nur Dreh-, d.h. Torsionsbewegungen für den Schlauch auftreten, welche sich leicht auffangen lassen.

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Die Gesamtheit der Versorgungsleitungen von eier dem Werzeugkopf entfernt angeordneten Kupplungsstation ist in einem elastischen Schutzoder Wellrohr zur Versorgungsstation geführt.

Die einzelnen Versorgungsleitungen von der dem Werkzeugkopf nächstlicgenden Kupplungsstation sind nach der Erfindung in Form hochflexibler und/oder spiralförmig gewellter und mit Steck- und Schnellkupplungen versehener Kabel oder Schläuche zum Werkzeugkopf geführt.

Jede Kupplungsstation weist in ihrem Gehäuse zwischen der Gruppe der die Fluidik führenden Versorgungsleitungen und der Gruppe der die elektrische Energie führenden Versorgungsleitungen Trenn- und/oder Dichtungs- und/oder Isolierelemente auf, so auch auch im Falle undichter Leitungen keine Gefahren für Kurzschlüsse auftreten können.

Die von den Werkzeugelementen zu ihrer Kupplungsstation führenden einzelnen Versorgungsleitungen weisen unmittelbar vor der Kupplungsstation eine Zugentlastung auf, welche in Form einer leicht zu öffnenden Vielfachschelle ausgebildet ist.

Die Erfindung wird anhand der Zeichnungen näher dargestellt. Hierbei zeigen:

FTGUR 1 eine Seitenansicht eines Schweißroboters mit seinem Versorgungsschrank und der Führung der Versorgungsleitungen nach dem Srnnd der Technik;

FIGUR 2 eine Seitenansicht eines Schweißroboters mit seinem Versorgungsschrank und der Führung der Versorgungsleitungen nach der Erfindung;

FIGUR 3 eine vergrößerte Darstellung einer" Kupplungsstation in Seitenansicht;

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FIGUR 4 eine vergrößerte Darstellung einer Kupplungsstation in Draufsicht.

FIGUR 5 eine vergrößerte Darstellung einer trichterförmigen Schutzschlauch-Armatur in einer Vorderansicht, und

FIGUR 6 eine vergrößerte Darstellung der Schutzschlauch-Aramtur in einer Seitenansicht.

Die Figur 1 zeigt einen Schweißroboter 1, welcher mit Hilfe von gebündelten Versorgungsleitungen 3 mit einem Steuerschrank 2 verbunden ist. Der Steuerschrank 2, dessen Rückseite hier dargestellt ist, enthält alle zur Versorgung und Steuerung des Schweißwerkzeugs 4 benötigten Aggregate, hierzu zählen auch die KühlwasserVersorgung und die Kühlung desselben, falls ein interner Kühlkreislauf verwendet wird. Die gebündelten Versorgungsleitungen 3 werden von einem Ausleger 5 über einen Federzug 6 mittels einer Lederschlaufe 7 gehalten. Bei längeren Leitungen können weitere Federzüge verwendet werden.

Der Roboter besteht aus einem Rumpfaggregat 8 und einem um mehrere Achsen drehbaren Roboterarm 9. Am Ende des Roboterarmes 9 ist das Schweißwerkzeug 4 angeflanscht, welches um mehrere Freiheitsgrade beweglich ausgebildet ist. Die in einem Well- oder Schutzrohr gebündelten Versorgungsleitungen 3 sind gemäß dem Stand der Terhnik bis fast an das Schweißwerkzeug 4 geleitet und die Einzelleitungen verlassen das Wellrohr aus einer nicht näher dargestellten Armatur und sind zu ihren Werkzeugelementen geführt und mit Steckkupplungen mit diesen elektrisch oder fluidisch verbunden. Im Falle eines Bruches einer Einzelleitung werden alle Steckverbindungen am Schweißwerkzeug 4 und den Werkzeugelementen sowie am bzw. im Steuerschrank 2 gelöst und die gebündelten Versorgungsleitungen 3 werden insgesamt ausgetauscht.

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Die Figur 2 zeigt einen Schweißroboter des gleichen Typs jedoch unter Anwendung der Erfindung. Vom Steuerschrank 2 sind die in einem Welloder Schutzrohr befindlichen Verrsorgungsleitungen 3 bis zu einer ersten Kupplungsstation 10 geführt, von der aun die Versorgungsleitungen Ii in Gruppen oder einzeli-, fest verschlaucht oder verrohrt bis zu einer zweiten Kupplungsstation 12 führen. Von der Kupplungsstation 12 gehen die Versorgungsleitungen in Form einzelner Kabel oder Schläuche 13 an die zu versorgenden Elemente des Schweißwerkzeugs 4. Die Kupplungsstation 10 ist hierbei auf einer Drehachse des Roboterarmes 9 fest angeordnet und einer Drehbewegung unterworfen ist, wie durch den Pfeil 14 angedeutet ist (s. hierzu auch Figur 5 und 8). Mit Hilfe einer entsprechenden Armatur 15, welche eine trichterförmige Ausgestaltung aufweist und ihrerseits drehbar gelagert ist, werden die Drehbewegungen des Roboterarmes 9 ir. bezug auf die Versorgungsleitungen 3 aufgefangen und zum Teil ausgeglichen, so daß sie keiner unzulässigen Torsionsbewegung unterworfen sind.

Das Schweißwerkzeug 4 ist durch einen Flansch 16 mit dem Roboterarm 9 verbunden und verfügt über mehrere Freiheitsgrade, je nach Auslegung des entsprechenden Robotertyps. Die Einzelleitungen 13 sind sämtlich hochflexibel ausgebildet, so daß kein Freiheitsgrad durch die einzelnen Versorgungsleitungen 13 behindert. Tritt durch Verschleiß oder aus anderen Gründen ein Bruch einer Leitung an dieser gefährdeten Stelle auf, so ist es nunmehr möglich, in kurzer Zeit die gebrochene Leitung durch Lösen der Steckverbindung am Werkzeug und in der Kupplungsstation 12 zu entfernen und gegen eine entsprechende neue Leitung auszutauschen &ldquor; Es wird daher nur die gebrochene Leitung und auch lediglich nur das kurze Verbindungsstück zwischen Kupplungsstation 12 und Werkzeug 4 ausgewechselt. Dieser Vorgang läßt sich kurzfristig durchführen, Die übrigen Versorgungsleitungen bleiben davon unberührt.

Die Figuren 3 und 4 zeigen eine Kupplungsstation 10 oder 12 im Querschnitt (Figur 3) und im Längsschnit (Figur 4). Eine Dichtung 17 teilt das Gehäuse 18, welches auf dem Roboterarm 9 befestigt ist, in zwei getrennte Räume*

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In dem oberen Raum sind strom- und spannungführenden Versorgungsleitungen angeordnet, welche mit ihren Flanschverbindungen 19 mit dem Gehäuse 18 befestigt sind. In dem unteren Raum 23 des Gehäuses 18 sind die Armaturen 20 der Schnellkupplungen der die Fluidik führenden Versorgungsleitungen befestigt.

Die Armaturen der Versorgungsleitungen bestehen aus Schraubverbindungen 21,22 der an sich bekannten Art. Auf dem Roboterarm 9 sina Gruppen der Versorgungsleitungen 24, 25 mit Hilfe von Schellen 26 oder anderen Befestigungsmitteln fest angeordnet. Die Steckarraaturen 27, 28 der Schnellkupplungen und Mehrfachkupplung^ sind zur Zugbelastung durch nicht näher dargestellte und leicht zu öffnende Mehrfachschellen befestigt.

Die Figuren 5 und 6 zeigen eine Schutzschlauch-Armatur 15,29, welche die Versorgungsleitungen 3 aufnimmt. Die Drehbewegungen des Roboters und auch seine nach vorn und abwärt gerichtete Bewegung muß von dieser Armatur aufgenommen werden, derart, daß die Zugkräfte nicht oder nur geringfügig auf die Versorgungsleitungen gelangen. Hierzu ist das Einführungsstück 29 der Armatur 15 trichterförmig ausgebildet und eine Halterung 30 ist um 60^c schwenkbar gelagert. Ein im Innern der Armatur angeordneter Verteilerstern 31 nimmt die einzelnen Versorgungsleitungen auf.

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• · · · I ill· • · · · ■ IIC KP 8530 Gbm SCHUTZANSPRÜCHE

1. Roboter, insbesondere für Punktschweißarbeiten, bestehend aus einem Rumpfaggregat, einem darauf gelagerten, um mehrere Achsen drehbaren Roboterarm und einem am Ende des Roboterarmes angeordneten und um mehrere Freiheitsgrade beweglichen Werkzeugkopf mit seinen aus einer Versorgungsstation führenden Versorgungsleitungen für die Stromzufuhr, Pneumatik und Hydraulik, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens an einem festen Ort auf, an oder in dem Roboterarm (9) für die Gesamtheit der zu einem Leitungsbündel zusammgefaßte&eegr; Versorgungsleitungen (3) eine Kupplungsstation (10) angeordnet ist, von der die Versorgungsleitungen einzeln oder in Gruppen zu ihren Werkzeugelementen (4) geführt sind.

2. Roboter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens an zwei einander f-est zugeordneten Orten auf, an oder in dem Roboterarm (9) für die Gesamtheit der Versorgungsleitungen (3) Kupplungsstationen (10,12) angeordnet sind, zwischen denen sämtliche Versorgungsleitungen (3) fest verschlaucht oder verrohri., einzeln und/oder in Gruppen mit dem Roboterarm (9) verbunden sind.

3. Roboter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die eine Kupplungsstation (10) systemgerechte Dosen- und/oder Dosenflanschstücke und die andere Kupplungsstation (12) die komplementären Steckerteile dazu aufweist,

4. Roboter nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die eine Kupplungsstation (10) systemgerechte Dosen für Mehrfachverbinder (19) und Schnellkupplungen (20) und die andere Kupplungsstation (12) die komplementären Steckerteile dazu aufweist.

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5. Roboter nach Anspruch 1 oder einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß jede Kupplungsstation (10,12) in einem für die komplementären Kupplungsteile der entsprechenden Versorgungsleitungen zugänglichen Gehäuse (18,23) angeordnet sind.

6. Roboter nach Anspruch 1 oder einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Gehäuse (13,73) der Kupplungsstationen (10,12) den Konturen des Roboterarmes (9) zur Erzielung einer geringen Querschnittsbemessung angepaßt sind.

7. Roboter nach Anspruch 1 oder einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Kupplungsstation (10) im Bereich oder auf einer Drehachse des Roboterarmes (9) angeordnet ist.

8. Roboter nach Anspruch 1 oder einem der voranstehenden Ansprüche,

'* dadurch gekennzeichnet, daß die Gesamtheit der Versorgungsleitungen

\ (3) von der dem Werzeugkopf entfernt angeordneten Kupplungnstation

\ in einem flexiblen Schutz- oder Wellrohr (3) zur Versorgungsstation

(2) geführt ist.

9. Roboter nach Anspruch 1 oder einem der voranstehenden Ansprüche,

^II dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen Versorgungsleitungen von der dem Werkzeugkopf (4) nächstliegenden Kupplungsstation (12) in S Form l.ochflexibler oder spiralförmig gewellter und mit Steck- und C Schnelkupplungen versehener Kabel oder Schläuche (13) zum Werkzeugkopf geführt sind.

10. Roboter nach Anspruch 1 oder einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Versorgungsleitungen, welche von der dem Werkzeugkopf nächstliegendon Kupplungsstation in Form hochflexibler oder spiralförmig gewellter und mit Steck*- und Schneikupplungen versehener Kabel oder Schläuche zum Werkzeugkopf geführt sind, unmittelbar vor der Kupplungsstation eine Zugentlastung aufweisen, welche in Form einer leicht zu öffnenden Vielfachschelle ausgebildet ist.

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11» Roboter nach Anspruch 1 oder einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß jede Kupplungsstation (10*12) in Ihrem Gehäuse (18,23) zwischen der Gruppe (19) der die Fluidik führenden Versorgungsleitungen und der Gruppe der die elektrische Energie führenden Versorgungsleitungen (20) Trenn- und/oder Dichtungs- und/oder isoiiereiemente (i7) aufweist.

12. Roboter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kupplungsstationen (10,12) gleichartig ausgebildet sind.

13. Roboter nach Anspruch 1 oder einem d-i»r voranstehenden Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet, daß der Kupplungsstation (10) eine schwenk- | bar gelagerte und mit dem Roboterarm (9) verbundene trichterförmige Schutzschlauch-Armatur (15,29) vorgeschaltet ist.

14. Roboter nach Anspruch 1 oder einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Schutzschlauch-Armatur (15,19) einen Verteilerstern (31) für Kabel und Schläuche aufweist.