WO2006032523A1 - Flexibler roboterarm - Google Patents

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WO2006032523A1
WO2006032523A1 PCT/EP2005/010324 EP2005010324W WO2006032523A1 WO 2006032523 A1 WO2006032523 A1 WO 2006032523A1 EP 2005010324 W EP2005010324 W EP 2005010324W WO 2006032523 A1 WO2006032523 A1 WO 2006032523A1
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robot arm
elements
arm according
robot
robotic arm
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PCT/EP2005/010324
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English (en)
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Inventor
Kamal Daas
Doron Livnat
Original Assignee
Kamal Daas
Doron Livnat
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J9/00—Programme-controlled manipulators
    • B25J9/06—Programme-controlled manipulators characterised by multi-articulated arms
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J18/00—Arms
    • B25J18/06—Arms flexible

Definitions

  • the invention relates to a robot arm.
  • a robot arm consists of a few articulated links that allow only a very limited movement.
  • the robot arms are laid out to specific guidelines. If the production process is changed, the robot arm is often no longer usable and must be replaced by another robot arm.
  • the object of the present invention is to provide a robot arm which can be used flexibly and which can adapt to the respective task.
  • the object is achieved by a robot arm, which consists not only of a few but a variety hinged together elements that are interconnected by means of drive or coupling means.
  • the robot arm quasi in the form of a snake.
  • the individual members are not only two-dimensionally pivotable against each other, but can also be three-dimensionally pivoted against each other with a corresponding cardan suspension.
  • the respective pivotability of two interconnected links would be provided with hydraulically or pneumatically driven piston-cylinder arrangements.
  • coupling elements may also be provided between the individual elements, wherein at least one of the elements is provided with drive means, so that the movement introduced into this drive means is passed on via the coupling elements to the other elements.
  • any number of members can be provided with coupling elements or drive elements, so that the flexibility of the serpentine arrangement can be selectively adjusted here.
  • the individual elements may be substantially cross-shaped aus ⁇ , attacking the horizontally oriented struts Antriebs ⁇ the medium.
  • the elements can also be disk-shaped, in which case the disks can be positively coupled to one another, for example by means of laterally articulated coupling means, and can also be pivotable by means of corresponding drive means.
  • the respective robot arm can be used very flexibly in production, or even in special applications, for example in construction for supporting lifting platforms, etc.
  • a particular application of the robotic arm is that a support or foot element is disposed at one end. In this way, by providing a plurality of robot arms, a drive can be assembled with which the robot can move. In this case, the robot arm resembles a spider leg, which can be moved three-dimensionally and allows movement of the entire robot.
  • FIG. 1 shows a side view of a first embodiment of a robot arm according to the present invention
  • FIG. 2 shows an alternative embodiment of a robot arm according to the present invention
  • FIG. 3 shows a further alternative embodiment of a robot arm according to the present invention
  • FIG. 4 shows schematically a fourth embodiment variant of a robot arm of the present invention
  • FIGS. 5 to 8 show different applications of robot arms according to the invention.
  • the robot arm 10 is shown, at the free ends of a load means 12 is arranged in the form of a receiving hook.
  • the robot arm 10 consists of individual elements 14, which essentially have the shape of a cross, that is vertical struts 16 and horizontal struts 18 have.
  • the elements 14 are near the respective ends of the vertical struts 16 with hinge points 20 equipped, with which they are on the one hand pivotally connected to a mounting or bearing element 22 or with the next element 16.
  • piston-cylinder assemblies 24 are hydraulic piston-cylinder arrangements. At any time, of course, pneumatic piston and cylinder arrangements or other drive means can be used.
  • the respective piston-cylinder assemblies 24 attach to the horizontal struts 18 of successive elements 16.
  • ten elements 16 are connected to each other by way of example. These elements form in the context of the invention, a plurality of hingedly connected elements in contrast to two or three articulated interconnected elements of a robot arm, which allow only a very limited movement in the rule.
  • a three-dimensional mobility of the elements 16 may instead of the two-dimensional pivotability shown in FIG be achieved against each other.
  • FIG. 2 shows an alternative embodiment variant.
  • the elements 14 consist of circular disks, which are each connected to each other at pivot points 20 opposite each other.
  • the first and lowermost element 14 is mounted in a bearing element 22 by means of a pivot point 20.
  • the circular disk-shaped elements 14 in this embodiment have a recess 26 to minimize the weight of the overall assembly.
  • the disk-shaped elements 16 are connected to each other by means of coupling means in the form of rods 28, wherein the coupling means 28 are each hinged pivotably on one side of the disk-shaped elements 14.
  • the 13 disk-shaped elements 14 through Moving only the lowermost disc-shaped element 16 acted upon piston-Zyiinderan Amsterdam 24 moves.
  • a telescoping arm 30 is arranged at the free end of the robot arm, to which in turn a load-receiving means in a manner not shown here can be coupled.
  • FIG. 3 shows by way of example a further exemplary embodiment of the present invention, in which it becomes clear how the multiplicity of articulated elements 14 enable different possibilities of movement of the "snake-shaped" robot arm.
  • FIG. 10 A further modification of the robot arm 10 according to the invention results from FIG.
  • the pivot points 20 are arranged around which the respective elements 14 are mutually pivotable.
  • the piston-cylinder units 24 are arranged.
  • FIGS. 5 to 8 show a number of application examples for the robot arms according to the invention.
  • FIG. 5 shows robot arms 10 during the assembly of a car 50.
  • This schematic diagram results in the high flexibility of the robot arms, with pivoting directions of the robot arms 10 being indicated by the respective arrow directions.
  • FIG. 6 shows a self-propelled robot arm 60, wherein the robot arm 10 itself is very flexible due to the multiplicity of elements 60.
  • the elements 60 taper towards the free end of the arm 10.
  • a load-receiving means in the form of a Last ⁇ hook 12 is present.
  • FIG. 7 by way of example, three robot arms are arranged on a vehicle 80.
  • a car 90 On one of the robot arms, a car 90 is arranged via a load-receiving means.
  • Another robot arm has a rotatable load-receiving means with which, for example, a disk 92 can be received and installed, for example, in a house facade.
  • the third robot arm hangs over a load receiving means another component 94, which can also be moved very flexibly to a desired location.
  • FIG. 8 shows the use of a robot arm 10 which carries a gripper 100 at its free end. Both the robot arm and the gripper are each rotatable in the direction of the arrow.
  • a robot arm can be used for handling goods, for example sacks 110, which are transported via a conveyor belt 112 and are to be deposited on a pallet 114.

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Roboterarm bestehend aus einer Vielzahl miteinander gelenkig verbundener Elemente, die untereinander mittels Antriebs- oder Kopp­lungsmitteln verbunden sind.

Description

FLEXIBLER ROBOTERARM
Die Erfindung betrifft einen Roboterarm.
Üblicherweise besteht ein Roboterarm aus wenigen miteinander gelenkig verbun¬ denen Gliedern, die nur eine sehr beschränkte Bewegung zulassen. Besonders in Produktionsprozessen sind die Roboterarme auf bestimmte Handreichungen aus¬ gelegt. Wird der Produktionsprozess geändert, ist der Roboterarm häufig nicht mehr einsetzbar und muß durch einen anderen Roboterarm ersetzt werden.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Roboterarm zu schaffen, der fle¬ xibel einsetzbar ist und sich an die jeweilig gestellte Aufgabe anpassen kann.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch einen Roboterarm gelöst, der nicht nur aus wenigen sondern einer Vielzahl miteinander gelenkig verbundenen Elementen besteht, die untereinander mittels Antriebs- oder Kopplungsmittel verbunden sind. Damit weist der Roboterarm quasi die Form einer Schlange auf. Erfindungsgemäß
ergibt sich also ein sehr flexibles Gebilde, das sogar die Form eines Kreises ein¬ nehmen kann.
Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den sich an den Hauptanspruch anschließenden Unteransprüchen.
So sind die einzelnen Glieder gegeneinander nicht nur zweidimensional verschwenkbar, sondern können auch bei entsprechender kardanischer Aufhän¬ gung dreidimensional gegeneinander verschwenkbar sein. Die jeweilige Verschwenkbarkeit von zwei miteinander verbundenen Gliedern erfolgt beispiels¬ weise über hydraulisch oder pneumatisch angetriebene Kolben- Zylinderanordnungen. Alternativ können hier aber auch Kopplungsglieder zwischen den einzelnen Elementen vorgesehen sein, wobei zumindest eines der Elemente mit Antriebsmitteln versehen ist, so daß die in dieses Antriebsmittel eingeleitete Bewegung über die Kopplungsglieder an die anderen Elemente weitergegeben wird. Erfindungsgemäß können natürlich beliebig viele Glieder mit Kopplungsele¬ menten bzw. Antriebselementen versehen sein, so daß hier die Flexibilität der schlangenförmigen Anordnung gezielt einstellbar ist.
Beispielsweise können die einzelnen Elemente im wesentlichen kreuzförmig aus¬ gebildet sein, wobei an die jeweils horizontal ausgerichteten Streben die Antriebs¬ mittel angreifen.
Alternativ können die Elemente auch scheibenförmig ausgebildet sein, wobei hier die Scheiben untereinander beispielsweise durch seitlich angelenkte Kopplungsmit¬ tel zwangsgekoppelt sein können und auch mittels entsprechender Antriebsmittel verschwenkbar sein können.
An den freien Enden des Roboterarms können Lastaufnahmemittel bzw. Greifmittel angeordnet sein. Hierdurch kann der jeweilige Roboterarm sehr flexibel in der Pro¬ duktion, oder auch bei Spezialeinsätzen, beispielsweise im Bau zum Tragen von Hebebühnen etc. eingesetzt werden. Eine besondere Anwendung des Roboterarms besteht darin, daß an einem Ende ein Abstütz- oder Fußelement angeordnet ist. Hierdurch kann durch Vorsehen meh¬ rerer Roboterarme ein Laufwerk zusammengestellt werden, mit dem sich der Robo¬ ter fortbewegen kann. In diesem Fall ähnelt der Roboterarm einem Spinnenbein, das dreidimensional bewegt werden kann und eine Fortbewegung des gesamten Roboters ermöglicht.
Weitere Merkmale, Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:
Figur 1 : eine Seitenansicht einer ersten Ausführungsvariante eines Roboterarms nach der vorliegenden Erfindung,
Figur 2: eine alternative Ausführungsform eines Roboterarms nach der vorlie¬ genden Erfindung,
Figur 3: eine weitere alternative Ausführungsvariante eines Roboterarms gemäß der vorliegenden Erfindung,
Figur 4: schematisch eine vierte Ausführungsvariante eines Roboterarms der vorliegenden Erfindung und
die Figuren
5 bis 8: unterschiedliche Anwendungen von erfindungsgemäßen Roboterarmen.
In Figur 1 ist ein Roboterarm 10 dargestellt, an dessen freien Enden ein Lastmittel 12 in Form eines Aufnahmehakens angeordnet ist. Der Roboterarm 10 besteht aus einzelnen Elementen 14, die im wesentlichen die Form eines Kreuzes aufweisen, also vertikale Streben 16 und horizontale Streben 18 aufweisen. Die Elemente 14 sind nahe den jeweiligen Enden der vertikalen Streben 16 mit Gelenkpunkten 20 ausgestattet, mit welchen sie einerseits an ein Montage- oder Lagerelement 22 oder aber mit dem nächstfolgenden Element 16 schwenkbar verbunden sind.
In der Ausführungsvariante gemäß Figur 1 wird die Schwenkbewegung durch Kolben- Zylinderanordnungen 24 ermöglicht. Es handelt sich hier um hydraulische Kolben- Zylinderanordnungen. Jederzeit können aber natürlich auch pneumatische Kolben- Zylinderanordnungen oder auch andere Antriebsmittel eingesetzt werden. Die jeweiligen Kolben-Zylinderanordnungen 24 setzen an den horizontalen Streben 18 von aufeinanderfolgenden Elementen 16 an. Im hier dargestellten Ausführungsbeispiel gemäß Figur 1 sind beispielhaft zehn Elemente 16 miteinander verbunden. Diese Elemente bilden im Sinne der Erfindung eine Vielzahl miteinander gelenkig verbundener Elemente im Unterschied zu zwei- oder drei gelenkig miteinander verbundenen Elementen eines Roboterarms, die in der Regel nur eine sehr beschränkte Bewegung zulassen.
Um eine noch höhere Flexibilität in der Bewegung zu ermöglichen, kann anstelle der in der Figur 1 dargestellten zweidimensionalen Verschwenkbarkeit selbstverständlich durch Vorsehen entsprechender vertikaler Streben senkrecht zu den vertikalen Streben 16 und durch jeweilige kardanische Aufhängung in den Anlenkpunkten der Elemente 16 eine dreidimensionale Beweglichkeit der Elemente 16 gegeneinander erreicht werden.
In der Figur 2 ist eine alternative Ausführungsvariante gezeigt. Dort bestehen die Elemente 14 aus Kreisscheiben, die jeweils an sich gegenüberliegenden Schwenkpunkten 20 miteinander verbunden sind. Das erste und unterste Element 14 ist mittels eines Schwenkpunktes 20 in einem Lagerelement 22 gelagert. Mittig weisen die in diesem Ausführungsbeispiel kreisförmigen scheibenförmigen Elemente 14 eine Aussparung 26 auf, um das Gewicht der Gesamtanordnung zu minimieren. Untereinander sind die scheibenförmigen Elemente 16 mittels Kopplungsmitteln in Form von Stangen 28 verbunden, wobei die Kopplungsmittel 28 jeweils auf einer Seite der scheibenförmigen Elemente 14 schwenkbar angelenkt sind. Im hier dargestellten Ausführungsbeispiel werden die 13 scheibenförmigen Elemente 14 durch Bewegen der nur das unterste scheibenförmige Element 16 beaufschlagenden Kolben- Zyiinderanordnungen 24 bewegt. Im hier dargestellten Ausführungsbeispiels ist an dem freien Ende des Roboterarms ein teleskopierbarer Arm 30 angeordnet, an dem wiederum ein Lastaufnahmemittel in hier nicht näher dargestellter Art und Weise ankoppelbar ist.
Die Figur 3 zeigt exemplarisch ein weiteres Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, in welchem deutlich wird, wie die Vielzahl der miteinander gelenkig verbundenen Elemente 14 verschiedene Bewegungsmöglichkeiten des „schlangenförmigen" Roboterarms ermöglicht.
Im hier dargestellten Ausführungsbeispiel sind 30 scheibenförmige Elemente miteinander zum Roboterarm gekoppelt. Hier ist beispielhaft nur eine Kolbenzylinderanordnung 24 . dargestellt. Die weiteren Antriebsmittel bzw. Kopplungsmittel entsprechend denjenigen gemäß der bereits zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiele und werden hier nicht nochmals im einzelnen gezeigt.
Eine weitere Abwandlung des erfindungsgemäßen Roboterarms 10 ergibt sich aus der Figur Λ. Hier sind die jeweiligen Elemente 14, die miteinander schwenkbar gekoppelt sind, nahezu kreuzförmig ausgebildet. An den vertikalen Enden der Kreuze sind die Schwenkpunkte 20 angeordnet, um die die jeweiligen Elemente 14 gegeneinander verschwenkbar sind. An den freien Enden der horizontal abstehenden Arme der kreuzförmigen Elemente sind die Kolben-Zylindereinheiten 24 angeordnet.
In den Figuren 5 bis 8 sind dann eine Reihe von Anwendungsbeispielen für die erfindungsgemäßen Roboterarme gezeigt.
So zeigt die Figur 5 Roboterarme 10 bei der Montage eines Autos 50. Aus dieser Prinzipskizze ergibt sich die hohe Flexibilität der Roboterarme, wobei durch die jeweiligen Pfeilrichtungen Schwenkbewegungsrichtungen der Roboterarme 10 angedeutet sind. Figur 6 zeigt einen sich selbst fortbewegenden Roboterarm 60, wobei der Roboter¬ arm 10 selbst durch die Vielzahl der Elemente 60 sehr flexibel ist. Man sieht an die¬ ser schematischen Darstellung, daß die Elemente 60 sich zum freien Ende des Ar¬ mes 10 verjüngen. Am freien Ende ist ein Lastaufnahmemittel in Form eines Last¬ hakens 12 vorhanden.
Anstelle eines Fahrgestells sind in der Ausführungsvariante gemäß Figur 6 drei Roboterarme als Fußelemente 70 angeordnet. Diese Fußelemente, die sich auf¬ grund der Flexibilität der Roboterarme von der durchgezogenen Stellung in die strichlierte Stellung bewegen können, ermöglichen eine Fortbewegung des Robo¬ terarms 60.
In Figur 7 sind beispielhaft drei Roboterarme auf einem Fahrzeug 80 angeordnet. An einem der Roboterarme ist über ein Lastaufnahmemittel eine Kabine 90 ange¬ ordnet. Ein weiterer Roboterarm weist ein drehbares Lastaufnahmemittel auf, mit dem beispielsweise eine Scheibe 92 aufgenommen und beispielsweise in einer Häuserfassade eingebaut werden kann. Der dritte Roboterarm hängt über ein Last¬ aufnahmemittel ein anderes Bauteil 94, das auch sehr flexibel an eine gewünschte Stelle bewegt werden kann.
Schließlich zeigt die Figur 8 die Anwendung eines Roboterarms 10, der an seinem freien Ende einen Greifer 100 trägt. Sowohl der Roboterarm wie auch der Greifer sind jeweils in Pfeilrichtung drehbar. Ein derartiger Roboterarm kann zum Um¬ schlag von Gütern, beispielsweise Säcken 110 dienen, die über ein Transportband 112 antransportiert werden und auf eine Palette 114 abzulegen sind.

Claims

Ansprüche
1. Roboterarm bestehend aus einer Vielzahl miteinander gelenkig verbundenen Elementen, die untereinander mittels Antriebs- oder Kopplungsmitteln verbun¬ den sind.
2. Roboterarm nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen Elemente zwei- bzw. dreidimensional gegeneinander bewegbar sind..
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als An¬ triebsmittel hydraulisch oder pneumatisch angetriebene Kolben- Zylinderanordnungen eingesetzt werden.
4. Roboterarm nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen Elemente im wesentlichen kreuzförmig ausgebildet sind, wobei an den jeweils horizontal ausgerichteten Streben die Antriebsmittel angreifen.
5. Roboterarm nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekenn¬ zeichnet, daß die Elemente scheibenförmig ausgebildet sind.
6. Roboterarm nach dem vorangehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, daß die Scheiben untereinander durch seitlich angelenkte Kopplungsmittel zwangsgekoppelt sind und daß eine der Scheiben mittels entsprechender An¬ triebsmittel verschwenkbar sind.
7. Roboterarm nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekenn¬ zeichnet, daß an seinem freien Enden Lastaufnahmemittel bzw. Greifmittel angeordnet sind.
8. Roboterarm nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekenn¬ zeichnet, daß er am freien Ende ein Abstütz- oder Fußelement aufweist.
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