EP4638063A1 - Verbindungsvorrichtung und roboterarm - Google Patents

Verbindungsvorrichtung und roboterarm

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Publication number
EP4638063A1
EP4638063A1 EP23808739.9A EP23808739A EP4638063A1 EP 4638063 A1 EP4638063 A1 EP 4638063A1 EP 23808739 A EP23808739 A EP 23808739A EP 4638063 A1 EP4638063 A1 EP 4638063A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
ring
joint
claw
connecting ring
casing wall
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP23808739.9A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Martin Riedel
Tom CLAUDER
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
KUKA Deutschland GmbH
Original Assignee
KUKA Deutschland GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by KUKA Deutschland GmbH filed Critical KUKA Deutschland GmbH
Publication of EP4638063A1 publication Critical patent/EP4638063A1/de
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J9/00—Program-controlled manipulators
    • B25J9/08—Program-controlled manipulators characterised by modular constructions

Definitions

  • the invention relates to a connecting device for connecting a member of a robot arm to a joint body of the robot arm.
  • the invention also relates to an associated robot arm.
  • WO 2017/207337 A1 describes a joint for an articulated manipulator, with a tubular body which extends along a longitudinal axis thereof and has a first joint end and a second joint end, wherein the first joint end and the second joint end define a first joint plane and a second joint plane, respectively.
  • the first joint plane and the second joint are each at an angle of inclination with respect to the longitudinal axis, wherein the first joint plane is arranged parallel to a first axis and wherein the second joint plane is arranged parallel to a second axis, the longitudinal axis is perpendicular to the first axis and the second axis, and wherein the first axis and the second axis are at a mutual angle of rotation of at least one time the angle of inclination.
  • the object of the invention is to create a stable, reliable and resilient connecting device for connecting a member of a robot arm to a joint body of the robot arm.
  • a further object is to create a robot arm which has at least one such stable, reliable and resilient connecting device.
  • a connecting device for connecting a member of a robot arm to a joint body of the robot arm comprising: a member with a circular cylindrical outer shell wall,
  • connecting ring connected to the outer casing wall of the link, which has a plurality of receptacles evenly distributed over a circumference, each of which is designed to positively receive one of the engagement elements of the joint carrier ring in order to connect the link to the joint body when the connecting ring is connected to the joint carrier ring, in that the engagement elements of the joint carrier ring positively engage in the receptacles of the connecting ring.
  • the links are also constructed from simple rod bodies.
  • the simple rod bodies can in particular consist of profile rods which have constant cross-sections over their respective lengths.
  • the cross-section can in particular be a circular cross-section or a circular tube cross-section. This has the advantage that the links can be manufactured cost-effectively, in particular because they can be easily obtained in the form of semi-finished products, for example, and can be made up of different lengths depending on the desired kinematic design for the robot arm.
  • the connecting device according to the invention creates a very stable, reliable and resilient connecting device for connecting a member of a robot arm to a joint body of the robot arm.
  • the respective link has a circular cylindrical outer casing wall.
  • the respective link can therefore be formed by a circular cylindrical tube or by a circular cylindrical tube section.
  • the desired or required length of the respective link can be produced by cutting such a tube to length.
  • the respective length of the tube or tube section determines the geometric distance between the two joint bodies directly connected by the respective link and thus the geometric distance between the two directly connected axes of rotation of the robot arm.
  • the joint body can have a first housing part which is mounted, for example, rotatably with respect to a second housing part of the joint body.
  • the first housing part forms the joint in cooperation with the second housing part.
  • the joint body can also have a gear and/or a drive by means of which the joint can be adjusted automatically.
  • the first housing part and/or the second The housing part can have a flange to which the following link of the robot arm is connected.
  • the flange can have or form a joint support ring.
  • the link to be connected can be attached to the joint body or to the relevant housing part of the joint body via the joint support ring.
  • the joint support ring of the joint body has several engagement elements evenly distributed over a circumference.
  • the engagement elements can lie on a common circumferential circle with respect to a center, where the center lies on an axis of symmetry of the joint support ring.
  • the engagement elements can be designed to protrude and extend parallel to the axis of symmetry of the joint support ring at a distance from this, specifically away from the joint body, towards the link or towards the connecting ring of the link to be connected.
  • the connecting ring is firmly connected to the outer casing wall of the link. Such a firm connection can be achieved, for example, by gluing.
  • the link and the connecting ring thus form a composite component as a single unit.
  • the connecting ring has several receptacles evenly distributed over a circumference.
  • the receptacles are each designed to positively receive one of the engagement elements of the joint carrier ring.
  • Each receptacle has a recess into which a respective engagement element of the joint carrier ring is inserted and is guided and held flush there.
  • Such a connection can in particular be a detachable connection, i.e. the connecting ring and the joint support ring can be separated from each other again without causing any damage, if necessary with the aid of hand tools such as screwdrivers and/or levers, so that the link in question can be detached from the joint body again.
  • the various links and various joint bodies can then be reassembled, if necessary in a modified kinematic configuration. In this way, differently constructed robot arms can be produced in a modular manner from a number of identical or different links and a number of identical or different joint bodies.
  • Each engagement element of the joint carrier ring can be designed as a claw which projects in the axial insertion direction and has a claw front side pointing in the circumferential direction and a claw rear side pointing counter to the circumferential direction, wherein the claw front side and the claw rear side are on the one hand inclined towards one another in a radially inward-pointing radial direction and on the other hand are also inclined towards one another in the axial insertion direction, and each receptacle of the connecting ring is designed as a pocket corresponding to the respective claw, which has a pocket front side pointing in the circumferential direction and a pocket rear side pointing counter to the circumferential direction, wherein the pocket front side and the pocket rear side are on the one hand inclined towards one another in a radially inward-pointing radial direction and on the other hand are also inclined away from one another in the axial insertion direction.
  • the axial plug-in direction is determined by the longitudinal extension of the circular cylindrical member, i.e. by the axis of symmetry of the cylindrical body of the member, in particular a tubular member.
  • the claws lie on a partial circle that runs coaxially around the axis of symmetry. The claws thus project from a base body of the joint body in the direction of the connecting ring. The claws therefore project at least essentially parallel to the plug-in direction, i.e. parallel to the axis of symmetry of the member.
  • the claws can be designed in the form of a trapezoidal prism with regard to their external shape.
  • the respective claw can have a claw front side facing in the circumferential direction, which is a flat surface and is at least substantially rectangular in shape.
  • the respective claw can have a claw rear side pointing opposite to the circumferential direction, which is also a flat surface and is at least substantially rectangular in shape.
  • the claw front and the claw rear are inclined towards each other in a radial direction pointing radially inwards.
  • the respective claw is narrower on its radially inner side in the circumferential direction than on its radially outer side.
  • the respective claw is less wide radially inside in the circumferential direction than radially outside.
  • the front and rear of the claw are also inclined so that they converge towards one another in the axial direction of insertion.
  • the foot of the claw is wider in the circumferential direction than the head of the claw.
  • the axial direction of insertion here refers to a plug-in movement of the joint carrier ring in the direction of the connecting ring.
  • each receptacle of the connecting ring is designed as a pocket corresponding to the respective claw.
  • the respective pocket can have a pocket rear side facing opposite to the circumferential direction, which is also a flat surface and is at least substantially rectangular in shape.
  • the front and rear sides of the pockets are inclined towards each other in a radial direction pointing radially inwards. This means that the respective pocket is narrower on its radially inner side in the circumferential direction than on its radially outer side. In other words, the respective pocket is less wide on the radial inside in the circumferential direction than on the radial outside.
  • pocket front side of a pocket forms a wedge surface pair with the pocket rear side of an immediately adjacent pocket, such that the wedge surfaces on the radially outer side have a greater distance from each other, i.e. are further apart from each other, than on the radially inner side.
  • the front and back of the pocket are also angled away from each other in the axial direction of insertion.
  • the base of the pocket is narrower in the circumferential direction than in the upper edge area of the pocket.
  • the axial insertion direction here refers to an insertion movement of the connection ring in the direction of the joint carrier ring.
  • each claw projecting in the axial plug-in direction can have a claw inner side which is designed such that, when the connecting ring is connected to the joint carrier ring, a respective claw inner side of the claw sits precisely on the outer casing wall of the link.
  • the axial plug-in direction here also refers to a plug-in movement of the joint carrier ring in the direction of the connecting ring.
  • the claw inner side therefore lies on a radial inner side of the claw.
  • the respective claw inner side of the claw should sit precisely directly on the outer casing wall of the link.
  • the connecting ring can have corresponding pockets which do not have pocket walls in the base of the pockets, i.e. on a radially inner side of the pockets, but are designed to be open, so that in this area the outer casing wall of the link is exposed, i.e. is not covered by the connecting ring.
  • the inner sides of the claws of the joint carrier ring can then rest directly on these exposed sections of the outer casing wall of the link. Forces and/or moments can thus be transferred directly to the link via the inner sides of the claws, without these forces and/or moments having to be guided via the connecting ring.
  • the engagement elements of the joint carrier ring can engage in the receptacles of the connecting ring in such a way that, when the connecting ring is connected to the joint carrier ring, a respective end wall of each engagement element pointing in the direction of insertion is positioned at a distance from associated base walls of the corresponding receptacles of the connecting ring, leaving a respective gap.
  • connection ring were to touch the joint support ring with its head-side end walls, then it would not be guaranteed that the lateral wall sections of the engagement elements and the lateral wall sections of the receptacles lie flush with one another.
  • torques about the link axis i.e. about the axis of symmetry of the joint support ring or the link, can be transmitted particularly well and reliably.
  • the curved, radially outwardly curved peripheral outer walls of all the mounts can lie on a common circular cylinder surface of the connecting ring.
  • Each gap can be designed in the form of a circular cylinder section, cut parallel to the symmetry axis of the circular cylinder. The gap prevents radially outward, circumferential connecting ring and the joint carrier ring, forces and/or moments are transmitted at these points between the connecting ring and the joint carrier ring. In particular, the gap prevents undesirable shear forces and/or shear stresses from a torque between the connecting ring and the joint carrier ring from being transmitted there.
  • the connecting ring can be glued to the circular cylindrical outer casing wall of the link.
  • the connecting ring can have an inner casing wall facing the link.
  • the adhesive can be applied between the inner casing wall of the connecting ring and the circular cylindrical outer casing wall of the link. It can be a self-curing adhesive. It can also be a multi-component reaction adhesive.
  • the connecting ring can have several first screw channels evenly distributed over a circumference and the joint support ring of the joint body can have a corresponding a sufficient number of second screw channels evenly distributed over a circumference, wherein the first screw channels and the second screw channels are designed to receive screws for the screwed connection of the connecting ring to the joint carrier ring.
  • a first screw channel can be arranged on the connecting ring between two immediately adjacent receptacles.
  • a second screw channel can be arranged on the joint carrier ring between two immediately adjacent engagement elements or claws.
  • the number of first screw channels and the number of second screw channels can correspond to the number of receptacles and engagement elements or claws.
  • a robot arm having a plurality of links, of which at least one link has a circular-cylindrical outer casing wall, and a plurality of joints connecting the links in a mutually adjustable manner, of which at least one joint has a joint body with a joint support ring, wherein the at least one link with the circular-cylindrical outer casing wall is connected to the at least one joint body by means of a connecting device according to at least one of the described embodiments.
  • the invention creates a stable, reliable and resilient connection point, which should make it possible, for example, to connect a modular joint unit, i.e. a joint body, with a joint carrier ring, for example a plastic joint carrier, to a Structural part, i.e. a member of the robot arm, preferably consisting of a tubular profile or semi-finished product, to be detachably connected by means of a connecting ring, such as a plastic flange.
  • a connecting ring such as a plastic flange
  • one or more components of the connecting device can be made of plastic components; in particular, the connection points can also be tailor-made, for example additively manufactured.
  • the advantages lie in the largest possible area and homogeneous distribution of the local and multi-dimensional load at the connection point as well as the most direct and straight force transmission possible between the two connection parts.
  • the connecting device connects, for example, the three parts tube profile or link, flange ring or connection ring and joint support or joint body with joint support ring, in such a way that the tube profile and flange ring have a permanent connection and together form the structural part, which is detachably connected to the joint support.
  • This not only enables a quick and cost-effective construction, but above all a very flexible one, since the structure length can easily be varied over the length of the tube.
  • the separable interface simplifies the assembly of the modules and is used for service tasks and for later reconfiguration of the kinematics.
  • connection between the pipe and the ring can be made by a
  • Recesses on the ring can be used, among other things, as form elements to temporarily couple a device and to align two adjacent rings of a structural part with each other during assembly.
  • the ring can essentially be constructed from an arrangement of circularly uniformly distributed pockets, which provide different functions with different shape elements.
  • the contact surface which is inclined in two spatial directions and has a wedge-shaped shape over two angles of attack.
  • the contact surfaces are the two tangential boundaries of the pocket.
  • the pocket is preferably limited to the outside by an arc-shaped segment, which connects the two contact surfaces and can easily transfer and reduce torsional moments and shear stresses between the contact surfaces.
  • the arc-shaped segment does not lie on the coupling partner, so that no radial forces or tilting moments are transferred here.
  • connection between ring and carrier is made in the axial direction, via axial forces and torsional moments in a total of two spatial directions, by teeth or claws that are designed in such a way that they fit into the pockets of the ring so that their flanks touch the contact surfaces of the pockets, but the tooth roots and tooth heads have no axial contact with the opposite surfaces.
  • the ring and the carrier are preferably pulled together using a screw connection in which a screw with a wide head is guided through a through hole and rests against the flange surface over as large an area as possible.
  • a counter thread can be integrated directly into the tooth, particularly in the tooth head of the carrier, for example as a press-in nut, additionally joined or designed as an inserted nut.
  • the latter is shown here as an example.
  • the nut can, for example, be inserted into a recess in the tooth from behind the tooth head in such a way that it is secured against twisting by shaped surfaces. It is also possible to insert the nut from the side from the outside.
  • Fig. 1 shows an exemplary robot arm
  • Fig. 2 is a perspective view of an exemplary connecting device according to the invention in a first view
  • Fig. 3 is a perspective view of an exemplary connecting device according to the invention in a second view
  • Fig. 4 is a sectional view of the connecting device according to Fig. 2 and Fig. 3 in a separated state
  • Fig. 5 is a sectional view of the connecting device according to Fig. 2 and Fig. 3 in a connected state
  • Fig. 6 is a perspective sectional view of the connecting device according to Fig. 2 and Fig. 3 in a state connected by means of screws,
  • Fig. 7 is an enlarged partial sectional view of the connecting device according to Fig. 6 in the area of a screw,
  • Fig . 8 a perspective view of the
  • Fig. 9 a perspective view of the
  • Fig. 10 a perspective view of the
  • Fig. 11 is a schematic representation of the connecting device according to Fig. 2 and Fig. 3 with a partial section in the area of two engagement element/receiver connections, and
  • Fig. 12 is a schematic representation of the connecting device according to Fig. 2 and
  • a robot arm 1 is shown in Fig. 1.
  • the robot arm 1 has several links 2, of which at least one link 2 has a circular cylindrical outer casing wall 3.
  • the robot arm 1 also has several joints 4 connecting the links 2 in a mutually adjustable manner, of which at least one joint 4 has a joint body 5 with a joint carrier ring 6, wherein the at least one link 2 with the circular cylindrical outer casing wall 3 is connected to the at least a joint body 5 by means of a connecting device 7, as described in more detail below.
  • the connecting device 7, as shown in particular in Fig. 2 to Fig. 5, serves to connect a member 2 of the robot arm 1 with a joint body 5 of the robot arm 1-
  • the connecting device 7 comprises one of the members 2, which has a circular cylindrical outer casing wall 3.
  • the joint body 5 comprises a joint support ring 6, which has a plurality of engagement elements 8 arranged evenly distributed over a circumference.
  • the connecting device 7 also comprises a connecting ring 9 which is connected to the outer casing wall 3 of the link 2 and which has a plurality of receptacles 10 which are evenly distributed over a circumference and which are each designed to positively receive one of the engagement elements 8 of the joint carrier ring 6 in order to connect the link 2 to the joint body 5 when the connecting ring 9 is connected to the joint carrier ring 6, in that the engagement elements 8 of the joint carrier ring 6 positively engage in the receptacles 10 of the connecting ring 9, as is shown in particular in Fig. 5 and Fig. 11.
  • each engagement element 8 of the joint carrier ring 6 is designed as a claw 8a projecting in the axial insertion direction S1.
  • the respective claw 8a has a claw front side 11 pointing in the circumferential direction and a claw rear side 12 pointing counter to the circumferential direction, as can be seen in particular in Fig. 2, Fig. 3 and Fig. 11.
  • the claw front side 11 and the claw rear side 12 are on the one hand inclined towards each other in a radially inward-pointing radial direction R and on the other hand also inclined towards each other in the axial plug-in direction S 1.
  • each receptacle 10 of the connecting ring 9 is designed as a pocket 10a corresponding to the respective claw 8a, which has a pocket front side 13 pointing in the circumferential direction U and a pocket rear side 14 pointing opposite to the circumferential direction U, wherein the pocket front side 13 and the pocket rear side 14 are on the one hand inclined towards one another in a radial direction R pointing radially inwards and on the other hand are also inclined away from one another in the axial plug-in direction S2.
  • each claw 8a projecting in the axial plugging direction S 1 has a claw inner side 15 which is designed such that, when the connecting ring 9 is connected to the joint carrier ring 6, a respective claw inner side 15 of the claw 8a sits precisely on the outer casing wall 3 of the link 2. This is illustrated in particular in Fig. 4 and Fig. 5.
  • the engagement elements 8 of the joint carrier ring 6 engage in the receptacles 10 of the connecting ring 9 in such a way that, when the connecting ring 9 is connected to the joint carrier ring 6, a respective end wall 16 of each engagement element 8 pointing in the plug-in direction S 1 is positioned at a distance from associated base walls 17 of the corresponding receptacles 10 of the connecting ring 9, leaving a respective gap Spl.
  • the engagement elements 8 of the joint carrier ring 6 can engage in the receptacles 10 of the connecting ring 9 in such a way that, when the connecting ring 9 is connected to the joint carrier ring 6, a respective front edge web 18 pointing in the plug-in direction S2, which connects two adjacent receptacles 10, is positioned at a distance from associated base walls 19 of the joint carrier ring 6, which connect two adjacent engagement elements 8, while leaving a respective gap Sp2. This is also illustrated in Fig. 11.
  • each receptacle 10 has an arcuate, radially outwardly curved receptacle peripheral outer wall 20 and each engagement element 8 has a flat engagement element peripheral outer wall 21 (Fig.
  • the connecting ring 9 is glued onto the circular cylindrical outer casing wall 3 of the member 2.
  • the connecting ring 9 can have an inner casing wall 22 which forms a contact surface with which the connecting ring 9 is glued to the circular cylindrical outer casing wall 3 of the member 2, wherein the inner casing wall 22 is provided with longitudinal grooves 23 which form distribution channels for an adhesive by means of which the connecting ring 9 is glued to the circular cylindrical outer casing wall 3 of the member 2.
  • the connecting ring 9 has a plurality of first screw channels 24 (Fig.
  • the joint support ring 6 of the joint body 5 has a corresponding number of a plurality of second screw channels 25 evenly distributed over a circumference, wherein the first screw channels 24 and the second screw channels 25 are designed to receive screws 26 for screwing the connecting ring 9 to the joint support ring 6.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Robotics (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Quick-Acting Or Multi-Walled Pipe Joints (AREA)
  • Mutual Connection Of Rods And Tubes (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Verbindungsvorrichtung (7) zum Verbinden eines Glieds (2) eines Roboterarms (1) mit einem Gelenkkörper (5) des Roboterarms (1), aufweisend einen mit einer Außenmantelwand (3) eines Glieds (2) verbundenen Anschlussring (9), der mehrere über einen Umfang gleichmäßig verteilt angeordnete Aufnahmen (10) aufweist, die jeweils ausgebildet sind zum formschlüssigen Aufnehmen jeweils eines Eingriffselements (8) eines Gelenkträgerkranzes (6), um in einem verbundenen Zustand des Anschlussringes (9) mit dem Gelenkträgerkranz (6), das Glied (2) mit dem Gelenkskörper (5) zu verbinden, indem die Eingriffselemente (8) des Gelenkträgerkranzes (6) formschlüssig in die Aufnahmen (10) des Anschlussringes (9) eingreifen. Die Erfindung betrifft außerdem einen zugehörigen Roboterarm (1).

Description

Verbindungsvorrichtung und Roboterarm
Die Erfindung betri f ft eine Verbindungsvorrichtung zum Verbinden eines Glieds eines Roboterarms mit einem Gelenkkörper des Roboterarms . Die Erfindung betri f ft außerdem einen zugehörigen Roboterarm .
Die WO 2017 /207337 Al beschreibt ein Gelenk für einen gelenkigen Manipulator, mit einem rohrförmigen Körper, der sich entlang einer Längsachse desselben erstreckt und ein erstes Gelenkende und ein zweites Gelenkende aufweist , wobei das erste Gelenkende und das zweite Gelenkende eine erste Gelenkebene bzw . eine zweite Gelenkebene definieren . Die erste Gelenkebene und das zweite Gelenk befinden sich j ewei ls in einem Neigungswinkel in Bezug auf die Längsachse , wobei die erste Gelenkebene parallel zu einer ersten Achse angeordnet ist und wobei die zweite Gelenkebene parallel zu einer zweiten Achse angeordnet ist , die Längsachse senkrecht zu der ersten Achse und der zweiten Achse ist , und wobei die erste Achse und die zweite Achse unter einem gegenseitigen Verdrehungswinkel von mindestens einem Mal dem Neigungswinkel stehen .
Aufgabe der Erfindung ist es , eine stabile , zuverlässige und belastbare Verbindungsvorrichtung zum Verbinden eines Glieds eines Roboterarms mit einem Gelenkkörper des Roboterarms zu schaf fen . Eine weitere Aufgabe ist es , einen Roboterarm zu schaf fen, der wenigstens eine solche stabile , zuverlässige und belastbare Verbindungsvorrichtung aufweist .
Die Aufgabe wird gelöst durch eine Verbindungsvorrichtung zum Verbinden eines Glieds eines Roboterarms mit einem Gelenkkörper des Roboterarms , aufweisend : ein Glied mit einer kreis zylindrischen Außenmantelwand,
- einen Gelenkskörper mit einem Gelenkträgerkranz , der mehrere über einen Umfang gleichmäßig verteilt angeordnete Eingri f fselemente aufweist , und
- einen mit der Außenmantelwand des Glieds verbundenen Anschlussring, der mehrere über einen Umfang gleichmäßig verteilt angeordnete Aufnahmen aufweist , die j eweils ausgebildet sind zum formschlüssigen Aufnehmen j eweils eines der Eingri f fselemente des Gelenkträgerkranzes , um in einem verbundenen Zustand des Anschlussringes mit dem Gelenkträgerkranz , das Glied mit dem Gelenkskörper zu verbinden, indem die Eingri f f selemente des Gelenkträgerkranzes formschlüssig in die Aufnahmen des Anschlussringes eingrei fen .
Zur kostengünstigen Herstellung von Roboterarmen kann es zweckmäßig sein, die mehreren Gelenke des Roboterarms identisch auf zubauen oder zumindest nur aus wenig verschiedenen Gelenkstypen auf zubauen . Außerdem ist es dabei zweckmäßig, wenn auch die Glieder aus einfachen Stabkörpern aufgebaute sind . Die einfachen Stabkörper können insbesondere aus Profilstäben bestehen, die insbesondere über ihre j eweilige Längen gleichbleibende Querschnitte aufweisen . Der Querschnitt kann insbesondere ein Kreisquerschnitt bzw . ein Kreisrohrquerschnitt sein . Dies hat den Vorteil , dass die Gl ieder insbesondere deshalb kostengünstig hergestellt werden können, da sie beispielsweise in Form von Halbzeugen leicht beschaf ft werden können und j e nach gewünschter kinematischer Bauart für den Roboterarm in unterschiedlichen Längen konfektioniert werden können . Problematisch bei Roboterarmen, die aus Gliedern mit kreis zylindrischen Außenmantelwänden und aus Gelenken in Form von Gelenkkörpern auf gebaut sind, ist die j eweilige Verbindung eines Glieds mit einem unmittelbar anschließenden Gelenkkörper . Sämtliche während einer Bewegung des Roboterarms auf tretenden Kräfte und Momente müssen über die j eweilige Verbindung des Glieds mit dem unmittelbar anschließenden Gelenkkörper zuverlässig übertragbar sein, um die ordnungsgemäße Funktion des Roboterarms sicherstellen zu können .
Mit der erfindungsgemäßen Verbindungsvorrichtung wird eine sehr stabile , zuverlässige und belastbare Verbindungsvorrichtung zum Verbinden eines Glieds eines Roboterarms mit einem Gelenkkörper des Roboterarms geschaf fen .
Dabei weist das j eweilige Glied eine kreis zylindrische Außenmantelwand auf . Das betref fende Glied kann demgemäß durch ein kreis zylindrisches Rohr bzw . durch einen kreis zylindrischen Rohrabschnitt gebildet werden . Durch Ablängen eines solchen Rohres kann die gewünschte bzw . die benötigte Länge des betref fenden Glieds hergestellt werden . Die j eweilige Länge des Rohres bzw . des Rohrabschnitts bestimmt dann den geometrischen Abstand der zwei durch das betref fende Glied j eweils unmittelbar verbundenen Gelenkskörper und damit den geometrischen Abstand der beiden unmittelbar verbundenen Drehachsen des Roboterarms zueinander .
Der Gelenkskörper kann ein erstes Gehäuseteil aufweisen, das bezüglich eines zweiten Gehäuseteils des Gelenkskörpers beispielsweise drehbar gelagert ist . Das erste Gehäuseteil bildet in Zusammenwirken mit dem zweiten Gehäuseteil das Gelenk . Der Gelenkskörper kann außerdem ein Getriebe und/oder einen Antrieb aufweisen, durch welches das Gelenk automatisch verstellt werden kann . Das erste Gehäuseteil und/oder das zweite Gehäuseteil kann einen Flansch aufweisen, an dem das darauffolgende Glied des Roboterarms angeschlossen ist . Der Flansch kann erfindungsgemäß dazu einen Gelenkträgerkranz aufweisen bzw . bilden . Über den Gelenkträgerkranz kann das anzuschließende Glied an dem Gelenkskörper bzw . an dem betref fenden Gehäuseteil des Gelenkskörpers befestigt werden .
Der Gelenkträgerkranz des Gelenkskörpers weist mehrere über einen Umfang gleichmäßig verteilt angeordnete Eingri f fselemente auf . Die Eingri f fselemente können sich dabei auf einem gemeinsamen Umfangskreis bezüglich eines Zentrums l iegen, bei dem das Zentrum auf einer Symmetrieachse des Gelenkträgerkranzes liegt . Die Eingri f fselemente können vorspringend ausgebildet sein und sich dabei parallel zur Symmetrieachse des Gelenkträgerkranzes in einem Abstand von dieser erstrecken, und zwar weg von dem Gelenkskörper, hin zu dem Glied bzw . hin zu dem Anschlussring des anzuschließenden Glieds .
Der Anschlussring ist mit der Außenmantelwand des Glieds fest verbunden . Eine solche feste Verbindung kann beispielsweise durch Kleben erreicht werden . Dadurch bildet das Gl ied und der Anschlussring als eine Einheit ein Verbundbauteil .
Der Anschlussring weist mehrere über einen Umfang gleichmäßig verteilt angeordnete Aufnahmen auf . Die Aufnahmen s ind j eweils ausgebildet zum formschlüssigen Aufnehmen j eweils eines der Eingri f fselemente des Gelenkträgerkranzes . Jede Aufnahme weist insoweit eine Vertiefung auf , in welche ein j eweiliges Eingri f fselement des Gelenkträgerkranzes eintaucht und dort bündig geführt und gehalten ist .
Durch das Ineinandergrei fen der Eingri f fselemente und der Aufnahmen wird in einem verbundenen Zustand des Anschlussringes mit dem Gelenkträgerkranz , das Glied mit dem Gelenkskör- per verbunden . Eine solche Verbindung kann insbesondere eine lösbare Verbindung sein, d . h . der Anschlussringes und der Gelenkträgerkranz können zerstörungs frei , gegebenenfalls unter Zuhil fenahme von Handwerkzeugen, wie Schraubendreher und/oder Hebel , wieder voneinander getrennt werden, so dass das betref fende Glied von dem Gelenkkörper wieder gelöst werden kann . Die verschiedenen Glieder und verschiedenen Gelenkkörper können dann, gegebenenfalls in einer abgewandelten kinematischen Konfiguration, wieder zusammengesetzt werden . So können baukastenartig aus einer Anzahl von identischen oder unterschiedlichen Gliedern und einer Anzahl von identischen oder unterschiedlichen Gelenkkörper verschieden aufgebaute Roboterarme erzeugt werden .
Jedes Eingri f fselement des Gelenkträgerkranzes kann als ein in axialer Steckrichtung vorspringende Klaue ausgebildet sein, die eine in Umfangsrichtung weisende Klauen-Vorderseite und eine entgegen der Umfangsrichtung weisende Klauen- Rückseite aufweist , wobei die Klauen-Vorderseite und die Klauen-Rückseite einerseits in einer radial nach innen weisenden Radialrichtung aufeinander zulaufend schräg angestellt sind und andererseits auch in axialer Steckrichtung aufeinander zulaufend schräg angestellt sind, und j ede Aufnahme des Anschlussringes als eine zur j eweiligen Klaue korrespondierende Tasche ausgebildet ist , die eine in Umfangsrichtung weisende Taschen-Vorderseite und eine entgegen der Umfangsrichtung weisende Taschen-Rückseite aufweist , wobei die Taschen-Vorderseite und die Taschen-Rückseite einerseits in einer radial nach innen weisenden Radialrichtung aufeinander zulaufend schräg angestellt sind und andererseits auch in der axialen Steckrichtung voneinander weglaufend schräg angestellt sind . Die axiale Steckrichtung bestimmt sich durch die Längserstre- ckung des kreis zylindrischen Glieds , d . h . durch die Symmetrieachse des zylindrischen Körpers des Glieds , insbesondere eines rohrförmigen Glieds . Die Klauen liegen auf einem Teilkreis , der die Symmetrieachse koaxial umläuft . Die Klauen springen somit von einem Grundkörper des Gelenkkörpers ausgehend in Richtung des Anschlussringes vor . Die Klauen springen insoweit zumindest im Wesentlichen parallel zur Steckrichtung, d . h . parallel zur Symmetrieachse des Glieds vor .
Die Klauen können im Hinblick auf ihre Außenform in Art eines Trapezprismas gestaltet sein .
Die j eweilige Klaue kann eine in Umfangsrichtung weisende Klauen-Vorderseite aufweisen, die eine ebene Fläche ist und zumindest im Wesentlichen rechteckig gestaltet ist .
Im selben Sinne kann die j eweilige Klaue eine entgegen der Umfangsrichtung weisende Klauen-Rückseite aufweisen, die ebenfalls eine ebene Fläche ist und zumindest im Wesentlichen rechteckig gestaltet ist .
Die Klauen-Vorderseite und die Klauen-Rückseite sind in dieser Aus führungs form in einer radial nach innen weisenden Radialrichtung aufeinander zulaufend schräg angestellt . Dies bedeutet , dass die j eweilige Klaue auf seiner radial inneren Seite in Umfangsrichtung schmäler ist als auf ihrer radial äußeren Seite . Anders ausgedrückt ist die j eweilige Klaue radial innen in Umfangsrichtung weniger breit als radial außen .
Dies bedeutet außerdem, dass die Klauen-Vorderseite einer Klaue mit der Klauen-Rückseite einer unmittelbar benachbarten Klaue ein Keil flächenpaar bildet , derart , dass die Keil flächen auf der radial äußeren Seite einen größeren Abstand von- einander haben, also weiter voneinander beabstandet sind als auf der radial inneren Seite .
Die Klauen-Vorderseite und die Klauen-Rückseite sind in dieser Aus führungs form außerdem in axialer Steckrichtung aufeinander zulaufend schräg angestellt . Anders ausgedrückt ist der Fuß der Klaue in Umfangsrichtung breiter als der Kopf der Klaue . Die axiale Steckrichtung bezieht sich hier auf eine Steckbewegung des Gelenkträgerkranzes in Richtung auf den Anschlussring zu .
Dies bedeutet , dass in einem Fußbereich der benachbarten Klauen die Klauen-Vorderseite der einen Klaue und die Klauen- Rückseite der anderen Klaue einen geringeren Abstand voneinander aufweisen als in einem Kopfbereich der benachbarten Klauen . Der Klauenzwischenraum zweier benachbarter Klauen öffnet sich also ausgehend vom Fuß in Richtung des Kopfes , d . h . in Steckrichtung der Klauen .
Um j ede Aufnahme korrespondierend, d . h . flächig pas send zu einer Klaue aus zubilden, ist j ede Aufnahme des Anschlussringes als eine zur j eweiligen Klaue korrespondierende Tasche ausgebildet .
Die j eweilige Tasche kann eine in Umfangsrichtung weisende Taschen-Vorderseite aufweisen, die eine ebene Fläche ist und zumindest im Wesentlichen rechteckig gestaltet ist .
Im selben Sinne kann die j eweilige Tasche eine entgegen der Umfangsrichtung weisende Taschen-Rückseite aufweisen, die ebenfalls eine ebene Fläche ist und zumindest im Wesentlichen rechteckig gestaltet ist . Die Taschen-Vorderseite und die Taschen-Rückseite s ind in dieser Aus führungs form in einer radial nach innen weisenden Radialrichtung aufeinander zulaufend schräg angestellt . Dies bedeutet , dass die j eweilige Tasche auf ihrer radial inneren Seite in Umfangsrichtung schmäler ist als auf ihrer radial äußeren Seite . Anders ausgedrückt ist die j eweilige Tasche radial innen in Umfangsrichtung weniger breit als radial außen .
Dies bedeutet außerdem, dass die Taschen-Vorderseite einer Tasche mit der Taschen-Rückseite einer unmittelbar benachbarten Tasche ein Keil flächenpaar bildet , derart , dass die Keilflächen auf der radial äußeren Seite einen größeren Abstand voneinander haben, also weiter voneinander beabstandet sind als auf der radial inneren Seite .
Die Taschen-Vorderseite und die Taschen-Rückseite s ind in dieser Aus führungs form außerdem in axialer Steckrichtung voneinander weglaufend schräg angestellt . Anders ausgedrückt ist der Grund der Tasche in Umfangsrichtung schmäler al s im oberen Randbereich der Tasche . Die axiale Steckrichtung bezieht sich hier auf eine Steckbewegung des Anschlussringes in Richtung auf den Gelenkträgerkranz zu .
Dies bedeutet , dass in einem oberen Randbereich der benachbarten Taschen die Taschen-Vorderseite der einen Tasche und die Taschen-Rückseite der anderen Tasche einen geringeren Abstand voneinander aufweisen als in einem Grundbereich der benachbarten Taschen . Ein Taschenzwischenraum öf fnet , d . h . weitet sich also ausgehend vom Grund der Tasche in Richtung des oberen Randbereichs der Tasche , d . h . in Steckrichtung des Anschlussringes in Richtung auf den Gelenkträgerkranz zu . Jede in axialer Steckrichtung vorspringende Klaue kann j eweils eine Klauen- Innenseite aufweisen, die ausgebi ldet ist , dass im verbundenen Zustand des Anschlussringes mit dem Gelenkträgerkranz eine j eweilige Klauen- Innenseite der Klaue passgenau auf der Außenmantelwand des Glieds auf sit zt . Die axiale Steckrichtung bezieht sich auch hier auf eine Steckbewegung des Gelenkträgerkranzes in Richtung auf den Anschlussring zu . Die Klauen- Innenseite liegt demgemäß auf einer radialen Innenseite der Klaue . Die j eweilige Klauen- Innenseite der Klaue soll dabei passgenau direkt auf der Außenmantelwand des Glieds aufsitzen . Dazu kann der Anschlussring entsprechende Taschen aufweisen, die im Grund der Taschen, d . h . auf einer radial inneren Seite der Taschen keine Taschenwände aufweisen, sondern of fen ausgebildet sind, so dass in diesem Bereich die Außenmantelwand des Glieds frei liegt , d . h . nicht durch den Anschlussring abgedeckt ist . Auf diesen freiliegenden Abschnitten der Außenmantelwand des Glieds können dann die Klauen- Innenseiten der Klauen des Gelenkträgerkranzes unmittelbar flächig aufliegen . Über die Klauen- Innenseiten der Klauen können somit Kräfte und/oder Momente direkt auf das Glied übertragen werden, ohne dass diese Kräfte und/oder Momente über den Anschlussring geführt werden müssten .
Die Eingri f fselemente des Gelenkträgerkranzes können derart in die Aufnahmen des Anschlussringes eingrei fen, dass im verbundenen Zustand des Anschlussringes mit dem Gelenkträgerkranz eine j eweilige in Steckrichtung weisende Stirnwand j eden Eingri f fselements unter Belassen eines j eweiligen Spaltes in einem Abstand von zugeordneten Bodenwänden der korrespondierenden Aufnahmen des Anschlussringes positioniert sind .
Indem im verbundenen Zustand des Anschlussringes mit dem Gelenkträgerkranz eine j eweilige in Steckrichtung wei sende Stirnwand jeden Eingriffselements unter Belassen eines jeweiligen Spaltes in einem Abstand von zugeordneten Bodenwänden der korrespondierenden Aufnahmen des Anschlussringes positioniert sind, kann sichergestellt werden, dass die Verbindungen der Eingriffselemente mit den Aufnahmen an den seitlichen Wandabschnitten der Eingriffselemente und der Aufnahmen gewährleistet sind. Mittels der jeweiligen Spalte ist verhindert, dass die kopfseitigen Stirnwände der Eingriffselemente nicht an dem Anschlussring anstehen. Würden die Eingriffselemente mit ihren kopfseitigen Stirnwänden am Anschlussring anstehen, dann wäre nicht sichergestellt, dass die seitlichen Wandabschnitte der Eingriffselemente und die seitlichen Wandabschnitte der Aufnahmen bündig aneinander liegen. Indem die die seitlichen Wandabschnitte der Eingriffselemente und die seitlichen Wandabschnitte der Aufnahmen bündig aneinander liegen, können Drehmomente um die Gliedachse, d.h. um die Symmetrieachse des Gelenkträgerkranzes bzw. des Glieds besonders gut und zuverlässig übertragen werden.
Die Eingriffselemente des Gelenkträgerkranzes können derart in die Aufnahmen des Anschlussringes eingreifen, dass im verbundenen Zustand des Anschlussringes mit dem Gelenkträgerkranz ein jeweiliger in Steckrichtung weisender Stirnrandsteg, der jeweils zwei benachbarte Aufnahmen verbindet, unter Belassen eines jeweiligen Spaltes in einem Abstand von zugeordneten, jeweils zwei benachbarte Eingriffselemente verbindenden Fußwänden des Gelenkträgerkranzes positioniert sind.
Indem im verbundenen Zustand des Anschlussringes mit dem Gelenkträgerkranz ein jeweiliger in Steckrichtung weisender Stirnrandsteg, der jeweils zwei benachbarte Aufnahmen verbindet, unter Belassen eines jeweiligen Spaltes in einem Abstand von zugeordneten, jeweils zwei benachbarte Eingriffselemente verbindenden Fußwänden des Gelenkträgerkranzes positioniert sind, kann sichergestellt werden, dass die Verbindungen der Eingriffselemente mit den Aufnahmen an den seitlichen Wandabschnitten der Eingriffselemente und der Aufnahmen gewährleistet sind. Mittels der jeweiligen Spalte ist verhindert, dass die kopfseitigen Stirnwände des Anschlussrings nicht an den Fußwänden der Eingriffselemente anstehen. Würde der Anschlussring mit seinen kopfseitigen Stirnwänden am Gelenkträgerkranz anstehen, dann wäre nicht sichergestellt, dass die seitlichen Wandabschnitte der Eingriffselemente und die seitlichen Wandabschnitte der Aufnahmen bündig aneinander liegen. Indem die die seitlichen Wandabschnitte der Eingriffselemente und die seitlichen Wandabschnitte der Aufnahmen bündig aneinander liegen, können Drehmomente um die Gliedachse, d.h. um die Symmetrieachse des Gelenkträgerkranzes bzw. des Glieds besonders gut und zuverlässig übertragen werden.
Jede Aufnahme kann eine bogenförmig radial nach außen gewölbte Aufnahme-Umfangsaußenwand aufweisen und jedes Eingriff selement kann eine ebene Eingriffselement- Umfangsaußenwand aufweisen, so dass im verbundenen Zustand des Anschlussringes mit dem Gelenkträgerkranz zwischen der jeweiligen Innenseite jeder Aufnahme-Umfangsaußenwand und der korrespondierenden Außenseite der jeweiligen Eingriffselement-Umfangsaußenwand ein Spalt gebildet wird.
Die bogenförmig radial nach außen gewölbte Aufnahme- Umfangsaußenwände aller Aufnahmen können auf einer gemeinsamen Kreiszylindermantelfläche des Anschlussringes liegen. Jeder Spalt kann insoweit in Gestalt eines Kreiszylinderabschnitts, geschnitten parallel zur Symmetrieachse des Kreiszylinders, ausgebildet sein. Durch die Spalte wird verhindert, dass radial außen, umfangsseitig zwischen dem An- schlussring und dem Gelenkträgerkranz Kräfte und/oder Momente an diesen Stellen zwischen dem Anschlussring und dem Gelenkträgerkranz übertragen werden . Insbesondere ist durch die Spalte verhindert , dass unerwünschte Scherkräfte und/oder Scherspannungen aus einem Drehmoment zwischen dem Anschlussring und dem Gelenkträgerkranz dort übertragen werden . Es bleibt somit bei einer Übertragung von Kräften und/oder Momenten lediglich an den Taschen-Vorderseiten und den Taschen- Rückseiten des Anschlussrings bezüglich den Klauen- Vorderseiten und den Klauen-Rückseiten des Gelenkträgerkranzes . Dort werden die Kräfte zumindest im Wesentlichen senkrecht zu den Kontakt flächen von Anschlussring und Gelenkträgerkranz übertragen .
Der Anschlussring kann auf der kreis zylindrischen Außenmantelwand des Glieds aufgeklebt sein . Dazu kann der Anschlussring eine auf das Glied zuweisende Innenmantelwand aufweisen . Der Klebstof f kann zwischen der Innenmantelwand des Anschlussrings und der kreis zylindrischen Außenmantelwand des Glieds aufgetragen werden . Es kann sich um einen selbstaushärtenden Klebstof f handeln . Es kann sich auch um einen Mehrkomponent en-Reakt ions klebs to f f handeln .
Der Anschlussring kann eine Innenmantelwand aufweisen, welche eine Kontakt fläche bildet , mit welcher der Anschlus sring auf der kreis zylindrischen Außenmantelwand des Glieds aufgeklebt ist , wobei die Innenmantelwand mit Längsnuten versehen ist , die Verteilkanäle für einen Klebstof f bilden, mittels dem der Anschlussring auf der kreis zylindrischen Außenmantelwand des Glieds aufgeklebt ist .
Der Anschlussring kann mehrere über einen Umfang gleichmäßig verteilt angeordnete erste Schraubkanäle aufweisen und der Gelenkträgerkranz des Gelenkskörper kann eine korrespondie- rende Anzahl von mehreren über einen Umfang gleichmäßig verteilt angeordnete zweite Schraubkanäle aufweisen, wobei die ersten Schraubkanäle und die zweiten Schraubkanäle ausgebildet sind zur Aufnahme von Schrauben zum geschraubten Verbinden des Anschlussrings mit dem Gelenkträgerkranz .
Am Anschlussring kann zwischen j eweils zwei unmittelbar benachbarten Aufnahmen ein erster Schraubkanal angeordnet sein . Am Gelenkträgerkranz kann zwischen j eweils zwei unmittelbar benachbarten Eingri f fselementen bzw . Klauen ein zweiter Schraubkanal angeordnet sein . Die Anzahl der ersten Schraubkanäle und die Anzahl der zweiten Schraubkanäle kann insoweit der Anzahl von Aufnahmen und Eingri f fselementen bzw . Klauen entsprechen .
Die Aufgabe wird auch gelöst durch einen Roboterarm, aufweisend mehrere Glieder, von denen wenigstens ein Glied eine kreis zylindrische Außenmantelwand aufweist , und mehrere die Glieder gegeneinander verstellbar verbindende Gelenke , von denen wenigstens ein Gelenk einen Gelenkkörper mit einem Gelenkträgerkranz aufweist , wobei das wenigstens eine Glied mit der kreis zylindrische Außenmantelwand mit dem wenigstens einen Gelenkkörper mittels einer Verbindungsvorrichtung nach wenigstens einem der beschriebenen Aus führungs formen verbunden ist .
Die Erfindung ist im Folgenden, mitunter anders ausgedrückt , nochmals erläutert .
Mit der Erfindung wird eine stabile , zuverlässige und belastbare Verbindungsstelle geschaf fen, die es beispielsweise ermöglichen soll , eine modulare Gelenkeinheit , d . h . einen Gelenkkörper, mit einem Gelenkträgerkranz , beispielsweise einem Kunststof fgelenkträger an ein Strukturteil , d . h . ein Glied des Roboterarms , vorzugsweise bestehend aus einem Rohrprofil oder Halbzeug, mittels eines Anschlussringes , wie beispielsweise einem Kunststof f flansch, lösbar zu verbinden .
Aus Gründen eines noch flexibleren und individuelleren, insbesondere modularen Aufbaus können ein oder mehrere Kompomenten der Verbindungseinrichtung aus Kunststof fbauteilen hergestellt werden, insbesondere können die Verbindungsstellen auch maßgeschneidert , beispielsweise additiv gefertigt werden .
Die Vorteile liegen in der möglichst groß flächigen und homogenen Verteilung der lokalen und mehrdimensionalen Belastung an der Verbindungsstelle sowie einer mögl ich direkten und geradlinigen Kraftleitung zwischen den beiden Verb indungs teilen .
Die Verbindungsvorrichtung verbindet beispielsweise die drei Teile Rohrprofil bzw . Glied, Flanschring bzw . Anschlussring und Gelenkträger bzw . Gelenkkörper mit Gelenkträgerkranz , so miteinander, dass Rohrprofil und Flanschring eine permanente Verbindung besitzen und zusammen das Strukturteil bilden, welches lösbar mit dem Gelenkträger verbunden ist . Dies ermöglicht nicht nur einen schnellen und kostengünstigen, sondern vor allem auch einen sehr flexiblen Aufbau, da die Strukturlänge einfach über die Länge des Rohrs vari iert werden kann . Die trennbare Schnittstelle vereinfacht die Montage der Module und dient für Serviceaufgaben und zur späteren Rekonfiguration der Kinematik .
Die Verbindung zwischen dem Rohr und dem Ring kann durch eine
Klebeverbindung erzeugt werden, indem der Ring über seine Innenmantel fläche bis zu Anschlagelementen auf das Rohrende , beispielsweise mit Übergangspassung oder leichtem Presssitz , aufgeschoben wird . Optionale Längsnuten können dabei einen gleichmäßige Kleberverteilung garantieren und verhindern, dass der Kleber durch das Aufschieben verdrängt wird .
Aussparungen am Ring können u . a . als Formelemente genutzt werden, um eine Vorrichtung temporär zu koppeln und bei Montage zwei benachbarte Ringe eines Strukturteil zueinander aus zurichten .
Der Ring kann im Wesentlichen aus einer Anordnung von kreis förmig gleichförmig verteilten Taschen aufgebaut sein, welche mit unterschiedlichen Formelementen unterschiedliche Funktionen bereitstellen .
Wichtigstes Formelement ist dabei die in zwei Raumrichtungen schräg angestellte Kontaktf läche , welche über zwei Anstellwinkel eine keil förmige Ausprägung besitzt . Die Kontakt flächen sind die beiden tangentialen Begrenzungen der Tasche . In radiale Richtung ist die Tasche nach außen vorzugsweise über ein bogenförmiges Segment begrenzt , welches die beiden Kontakt flächen verbindet und gut Torsionsmomente und Schubspannungen zwischen den Kontakt flächen übertragen und abbauen kann . Das bogenförmiges Segment liegt nicht am Koppelpartner an, sodass hier keine radialen Kräfte oder Kippmomente übertragen werden .
Diese radialen Kräfte und Kippmomente , in insgesamt vier Raumrichtungen, werden an der radialen Innenseite der Taschen vom Gelenkträger direkt auf das Rohr übertragen, indem der Ring beispielsweise Aussparungen besitzt , die ein direktes und geführtes Anliegen der Zahninnenseite auf der freien Mantel fläche des Rohres ermöglichen . Demnach werden diese , im allgemeinen dominanten Belastungen, vor allem in Hinblick auf langsamere Service-Robotik-Applikationen und gegebenenfalls einem vorteilhaften ebenen SCARA-Design, vorwiegend direkt auf das stabile Rohr übertragen, ohne den Kunststof f ring zu überlasten .
Die Verbindung zwischen Ring und Träger erfolgt in Axialrichtung, über Axialkräfte und Torsionsmomente in insgesamt zwei Raumrichtungen, durch Zähne bzw . Klauen, die so ausgeführt sind, dass sie in die Taschen des Rings passen, sodass ihre Flanken die Kontakt flächen der Taschen berühren, die Zahnfüße und Zahnköpfe j edoch keinen axialen Kontakt zu den gegenüberliegenden Flächen haben . In axialer Richtung werden der Ring und der Träger vorzugsweise über eine Schraubenverbindung zusammengezogen, bei der eine Schraube mit breitem Kopf durch eine Durchgangsbohrung geführt wird und möglichst groß flächig an der Flanschfläche anliegt .
Ein Gegengewinde kann im Zahn insbesondere im Zahnkopf des Trägers direkt integriert sein, beispielsweise als eine Einpressmutter, zusätzlich gefügt oder als eingelegte Mutter ausgeführt sein . Letzteres ist hier beispielhaft ausgeführt . Die Mutter kann beispielsweise in eine Aussparung im Zahn von hinten an den Zahnkopf eingelegt werden, derart , dass sie über Formflächen gegen Verdrehen gesichert ist . Auch ein seitlicher Einschub der Mutter von außen ist möglich .
Ein konkretes Aus führungsbeispiel der Erfindung ist in der nachfolgenden Beschreibung unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren näher erläutert . Konkrete Merkmale dieses exemplarischen Aus führungsbeispiels können unabhängig davon, in welchem konkreten Zusammenhang sie erwähnt sind, gegebenenfalls auch einzeln oder in weiteren Kombinationen betrachtet , allgemeine Merkmale der Erfindung darstellen . Es zeigen :
Fig . 1 einen beispielhaften Roboterarm,
Fig . 2 eine perspektivische Darstellung einer beispielhaften erfindungsgemäßen Verbindungsvorrichtung in einer ersten Ansicht ,
Fig . 3 eine perspektivische Darstellung einer beispielhaften erfindungsgemäßen Verbindungsvorrichtung in einer zweiten Ansicht ,
Fig . 4 eine Schnittdarstellung der Verbindungsvorrichtung gemäß Fig . 2 und Fig . 3 in einem getrennten Zustand,
Fig . 5 eine Schnittdarstellung der Verbindungsvorrichtung gemäß Fig . 2 und Fig . 3 in einem verbundenen Zustand,
Fig . 6 eine perspektivische Schnittdarstellung der Verbindungsvorrichtung gemäß Fig . 2 und Fig . 3 in einem mittels Schrauben verbundenen Zustand,
Fig . 7 eine vergrößerte Teilschnittdarstellung der Verbindungsvorrichtung gemäß Fig . 6 im Bereich einer Schraube ,
Fig . 8 eine perspektivische Darstellung des
Anschlussringes der Verbindungsvorrich- tung gemäß Fig. 2 und Fig. 3 in einer Alleinstellung von vorne,
Fig. 9 eine perspektivische Darstellung des
Anschlussringes der Verbindungsvorrichtung gemäß Fig. 2 und Fig. 3 in einer Alleinstellung von hinten,
Fig. 10 eine perspektivische Darstellung des
Anschlussringes der Verbindungsvorrichtung gemäß Fig. 2 und Fig. 3 aufgesetzt auf einem rohrförmigen Glied,
Fig. 11 eine schematische Darstellung der Verbindungsvorrichtung gemäß Fig. 2 und Fig. 3 mit einem Teilschnitt im Bereich zweier Eingriffselemente-/ Aufnahmenverbindungen, und
Fig. 12 eine schematische Darstellung der Verbindungsvorrichtung gemäß Fig. 2 und
Fig. 3 in einem verbundenen Zustand.
In der Fig. 1 ist ein Roboterarm 1 dargestellt. Der Roboterarm 1 weist mehrere Glieder 2 auf, von denen wenigstens ein Glied 2 eine kreiszylindrische Außenmantelwand 3 aufweist. Der Roboterarm 1 weist außerdem mehrere die Glieder 2 gegeneinander verstellbar verbindende Gelenke 4 auf, von denen wenigstens ein Gelenk 4 einen Gelenkkörper 5 mit einem Gelenkträgerkranz 6 aufweist, wobei das wenigstens eine Glied 2 mit der kreiszylindrische Außenmantelwand 3 mit dem wenigstens einen Gelenkkörper 5 mittels einer Verbindungsvorrichtung 7, wie im Folgenden näher beschrieben ist, verbunden ist.
Die Verbindungsvorrichtung 7, wie insbesondere in Fig. 2 bis Fig. 5 dargestellt, dient zum Verbinden eines Glieds 2 des Roboterarms 1 mit einem Gelenkkörper 5 des Roboterarms 1-
Die Verbindungsvorrichtung 7 umfasst eines der Glieder 2, das eine kreiszylindrische Außenmantelwand 3 aufweist.
Der Gelenkskörper 5 umfasst einen Gelenkträgerkranz 6, der mehrere über einen Umfang gleichmäßig verteilt angeordnete Eingriffselemente 8 aufweist.
Die Verbindungsvorrichtung 7 umfasst außerdem einen mit der Außenmantelwand 3 des Glieds 2 verbundenen Anschlussring 9, der mehrere über einen Umfang gleichmäßig verteilt angeordnete Aufnahmen 10 aufweist, die jeweils ausgebildet sind zum formschlüssigen Aufnehmen jeweils eines der Eingriffselemente 8 des Gelenkträgerkranzes 6, um in einem verbundenen Zustand des Anschlussringes 9 mit dem Gelenkträgerkranz 6, das Glied 2 mit dem Gelenkskörper 5 zu verbinden, indem die Eingriff selemente 8 des Gelenkträgerkranzes 6 formschlüssig in die Aufnahmen 10 des Anschlussringes 9 eingreifen, wie dies insbesondere in Fig. 5 und Fig. 11 dargestellt ist.
Im Falle des vorliegenden Ausführungsbeispiels ist jedes Eingriff selement 8 des Gelenkträgerkranzes 6 als ein in axialer Steckrichtung S1 vorspringende Klaue 8a ausgebildet.
Die jeweilige Klaue 8a weist eine in Umfangsrichtung weisende Klauen-Vorderseite 11 und eine entgegen der Umfangsrichtung weisende Klauen-Rückseite 12 auf, wie dies insbesondere in Fig. 2, Fig. 3 und Fig. 11 ersichtlich ist. Die Klauen-Vorderseite 11 und die Klauen-Rückseite 12 sind einerseits in einer radial nach innen weisenden Radialrichtung R aufeinander zulaufend schräg angestellt und andererseits auch in axialer Steckrichtung S 1 aufeinander zulaufend schräg angestellt .
Wie insbesondere in Fig . 8 , Fig . 9 und Fig . 10 ersichtlich ist , ist j ede Aufnahme 10 des Anschlussringes 9 als eine zur j eweiligen Klaue 8a korrespondierende Tasche 10a ausgebildet , die eine in Umfangsrichtung U weisende Taschen-Vorderseite 13 und eine entgegen der Umfangsrichtung U weisende Taschen- Rückseite 14 aufweist , wobei die Taschen-Vorderseite 13 und die Taschen-Rückseite 14 einerseits in einer radial nach innen weisenden Radialrichtung R aufeinander zulaufend schräg angestellt sind und andererseits auch in der axialen Steckrichtung S2 voneinander weglaufend schräg angestellt sind .
Jede in axialer Steckrichtung S 1 vorspringende Klaue 8a weist im Falle des vorliegenden Aus führungsbeispiels j eweils eine Klauen- Innenseite 15 auf , die ausgebildet ist , dass im verbundenen Zustand des Anschlussringes 9 mit dem Gelenkträgerkranz 6 eine j eweilige Klauen- Innenseite 15 der Klaue 8a passgenau auf der Außenmantelwand 3 des Glieds 2 auf sitzt . Dies ist insbesondere in Fig . 4 und Fig . 5 veranschaulicht .
Die Eingri f fselemente 8 des Gelenkträgerkranzes 6 greifen im Falle des vorliegenden Aus führungsbeispiels derart in die Aufnahmen 10 des Anschlussringes 9 ein, dass im verbundenen Zustand des Anschlussringes 9 mit dem Gelenkträgerkranz 6 eine j eweilige in Steckrichtung S 1 weisende Stirnwand 16 j eden Eingri f fselements 8 unter Belassen eines j eweiligen Spaltes Spl in einem Abstand von zugeordneten Bodenwänden 17 der korrespondierenden Aufnahmen 10 des Anschlussringes 9 positioniert sind . Wie insbesondere in Fig. 8 und Fig. 10 dargestellt ist, können die Eingriffselemente 8 des Gelenkträgerkranzes 6 derart in die Aufnahmen 10 des Anschlussringes 9 eingreifen, dass im verbundenen Zustand des Anschlussringes 9 mit dem Gelenkträgerkranz 6 ein jeweiliger in der Steckrichtung S2 weisender Stirnrandsteg 18, der jeweils zwei benachbarte Aufnahmen 10 verbindet, unter Belassen eines jeweiligen Spaltes Sp2 in einem Abstand von zugeordneten, jeweils zwei benachbarte Eingriff selemente 8 verbindenden Fußwänden 19 des Gelenkträgerkranzes 6 positioniert sind. Dies ist auch in Fig. 11 veranschaulicht .
Im Falle des vorliegenden Ausführungsbeispiels weist jede Aufnahme 10 eine bogenförmig radial nach außen gewölbte Aufnahme-Umfangsaußenwand 20 auf und jedes Eingriffselement 8 weist eine ebene Eingriffselement-Umfangsaußenwand 21 (Fig.
2, Fig. 3) auf, so dass im verbundenen Zustand des Anschlussringes 9 mit dem Gelenkträgerkranz 6 zwischen der jeweiligen Innenseite jeder Aufnahme-Umfangsaußenwand 20 und der korrespondierenden Außenseite der jeweiligen Eingriffselement- Umfangsaußenwand 21 ein Spalt Sp3 gebildet wird.
Der Anschlussring 9 ist im Falle des vorliegenden Ausführungsbeispiels auf der kreiszylindrischen Außenmantelwand 3 des Glieds 2 auf geklebt.
Wie insbesondere in Fig. 9 ersichtlich ist, kann der Anschlussring 9 eine Innenmantelwand 22 aufweisen, welche eine Kontakt fläche bildet, mit welcher der Anschlussring 9 auf der kreiszylindrischen Außenmantelwand 3 des Glieds 2 aufgeklebt ist, wobei die Innenmantelwand 22 mit Längsnuten 23 versehen ist, die Verteilkanäle für einen Klebstoff bilden, mittels dem der Anschlussring 9 auf der kreiszylindrischen Außenmantelwand 3 des Glieds 2 aufgeklebt wird. Der Anschlussring 9 weist im Falle des vorliegenden Aus führungsbeispiels mehrere über einen Umfang gleichmäßig verteilt angeordnete erste Schraubkanäle 24 ( Fig . 9 ) auf und der Gelenkträgerkranz 6 des Gelenkskörpers 5 weist eine korrespon- dierende Anzahl von mehreren über einen Umfang gleichmäßig verteilt angeordnete zweite Schraubkanäle 25 auf , wobei die ersten Schraubkanäle 24 und die zweiten Schraubkanäle 25 ausgebildet sind zur Aufnahme von Schrauben 26 zum geschraubten Verbinden des Anschlussrings 9 mit dem Gelenkträgerkranz 6 .

Claims

Pat ent an Sprüche
1. Verbindungsvorrichtung zum Verbinden eines Glieds (2) eines Roboterarms (1) mit einem Gelenkkörper (5) des Roboterarms (1) , aufweisend:
- ein Glied (2) mit einer kreiszylindrischen Außenmantelwand ( 3 ) ,
- einen Gelenkskörper (5) mit einem Gelenkträgerkranz (6) , der mehrere über einen Umfang gleichmäßig verteilt angeordnete Eingriffselemente (8) aufweist, und
- einen mit der Außenmantelwand (3) des Glieds (2) verbundenen Anschlussring (9) , der mehrere über einen Umfang gleichmäßig verteilt angeordnete Aufnahmen
(10) aufweist, die jeweils ausgebildet sind zum formschlüssigen Aufnehmen jeweils eines der Eingriffselemente (8) des Gelenkträgerkranzes (6) , um in einem verbundenen Zustand des Anschlussringes (9) mit dem Gelenkträgerkranz (6) , das Glied (2) mit dem Gelenkskörper (5) zu verbinden, indem die Eingriffselemente (8) des Gelenkträgerkranzes (6) formschlüssig in die Aufnahmen (10) des Anschlussringes (9) eingreifen.
2. Verbindungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass jedes Eingriffselement (8) des Gelenkträgerkranzes (6) als ein in axialer Steckrichtung (Sl) vorspringende Klaue (8a) ausgebildet ist, die eine in Umfangsrichtung (U) weisende Klauen-Vorderseite (11) und eine entgegen der Umfangsrichtung (U) weisende Klauen- Rückseite (12) aufweist, wobei die Klauen-Vordersei te (11) und die Klauen-Rückseite (12) einerseits in einer radial nach innen weisenden Radialrichtung (R) aufeinander zulaufend schräg angestellt sind und andererseits auch in axialer Steckrichtung (Sl) aufeinander zulaufend schräg angestellt sind, und jede Aufnahme (10) des Anschlussringes (9) als eine zur jeweiligen Klaue (8a) korrespondierende Tasche (10a) ausgebildet ist, die eine in Umfangsrichtung (U) weisende Taschen-Vorderseite (13) und eine entgegen der Umfangsrichtung (U) weisende Ta- schen-Rückseite (14) aufweist, wobei die Taschen- Vorderseite (13) und die Taschen-Rückseite (14) einerseits in einer radial nach innen weisenden Radialrichtung (R) aufeinander zulaufend schräg angestellt sind und andererseits auch in der axialen Steckrichtung (S2) voneinander weglaufend schräg angestellt sind.
3. Verbindungsvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass jede in axialer Steckrichtung (Sl) vorspringende Klaue (8a) jeweils eine Klauen-Innenseite (15) aufweist, die ausgebildet ist, dass im verbundenen Zustand des Anschlussringes (9) mit dem Gelenkträgerkranz (6) eine jeweilige Klauen-Innenseite (15) der Klaue (8a) passgenau auf der Außenmantelwand (3) des Glieds (2) aufsitzt.
4. Verbindungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Eingriffselemente (8) des Gelenkträgerkranzes (6) derart in die Aufnahmen (10) des Anschlussringes (9) eingreifen, dass im verbundenen Zustand des Anschlussringes (9) mit dem Gelenkträgerkranz (6) eine jeweilige in Steckrichtung (Sl) weisende Stirnwand (16) jeden Eingriffselements (8) unter Belas- sen eines jeweiligen Spaltes (Spl) in einem Abstand von zugeordneten Bodenwänden (17) der korrespondierenden Aufnahmen (10) des Anschlussringes (9) positioniert sind .
5. Verbindungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Eingriffselemente (8) des Gelenkträgerkranzes (6) derart in die Aufnahmen (10) des Anschlussringes (9) eingreifen, dass im verbundenen Zustand des Anschlussringes (9) mit dem Gelenkträgerkranz (6) ein jeweiliger in der Steckrichtung (S2) weisender Stirnrandsteg (18) , der jeweils zwei benachbarte Aufnahmen (10) verbindet, unter Belassen eines jeweiligen Spaltes (Sp2) in einem Abstand von zugeordneten, jeweils zwei benachbarte Eingriffselemente (8) verbindenden Fußwänden (19) des Gelenkträgerkranzes (6) positioniert sind.
6. Verbindungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass jede Aufnahme (10) eine bogenförmig radial nach außen gewölbte Aufnahme- Umfangsaußenwand (20) aufweist und jedes Eingriffselement (8) eine ebene Eingriffselement-Umfangsaußenwand
(21) aufweist, so dass im verbundenen Zustand des Anschlussringes (9) mit dem Gelenkträgerkranz (6) zwischen der jeweiligen Innenseite jeder Aufnahme- Umfangsaußenwand (20) und der korrespondierenden Außenseite der jeweiligen Eingriffselement-Umfangsaußenwand (21) ein Spalt (Sp3) gebildet wird.
7. Verbindungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Anschlussring (9) auf der kreiszylindrischen Außenmantelwand (3) des Glieds (2) aufgeklebt ist.
8. Verbindungsvorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Anschlussring (9) eine Innenmantelwand (22) aufweist, welche eine Kontakt fläche bildet, mit welcher der Anschlussring (9) auf der kreiszylindrischen Außenmantelwand (3) des Glieds (2) aufgeklebt ist, wobei die Innenmantelwand (22) mit Längsnuten (23) versehen ist, die Verteilkanäle für einen Klebstoff bilden, mittels dem der Anschlussring (9) auf der kreiszylindrischen Außenmantelwand (3) des Glieds (2) aufgeklebt ist.
9. Verbindungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Anschlussring (9) mehrere über einen Umfang gleichmäßig verteilt angeordnete erste Schraubkanäle (24) aufweist und der Gelenkträgerkranz (6) des Gelenkskörper (5) eine korrespondierende Anzahl von mehreren über einen Umfang gleichmäßig verteilt angeordnete zweite Schraubkanäle (25) aufweist, wobei die ersten Schraubkanäle (24) und die zweiten Schraubkanäle (25) ausgebildet sind zur Aufnahme von Schrauben (26) zum geschraubten Verbinden des Anschlussrings (9) mit dem Gelenkträgerkranz (6) .
10. Roboterarm, aufweisend mehrere Glieder (2) , von denen wenigstens ein Glied (2) eine kreiszylindrische Außenmantelwand (3) aufweist, und mehrere die Glieder (2) gegeneinander verstellbar verbindende Gelenke (4) , von denen wenigstens ein Gelenk (4) einen Gelenkkörper (5) mit einem Gelenkträgerkranz (6) aufweist, wobei das wenigstens eine Glied (2) mit der kreiszylindrische Außenmantelwand (3) mit dem wenigstens einen Gelenkkörper (5) mittels einer Verbindungsvorrichtung (7) nach einem der
Ansprüche 1 bis 9 verbunden ist.
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