WO2011128057A1 - Roboter mit delta-kinematik - Google Patents

Roboter mit delta-kinematik Download PDF

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WO2011128057A1
WO2011128057A1 PCT/EP2011/001796 EP2011001796W WO2011128057A1 WO 2011128057 A1 WO2011128057 A1 WO 2011128057A1 EP 2011001796 W EP2011001796 W EP 2011001796W WO 2011128057 A1 WO2011128057 A1 WO 2011128057A1
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arms
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PCT/EP2011/001796
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Inventor
Günther Weber
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Weber Food Technology SE and Co KG
Original Assignee
Weber Maschinenbau GmbH Breidenbach
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J17/00—Joints
    • B25J17/02—Wrist joints
    • B25J17/0258—Two-dimensional joints
    • B25J17/0266—Two-dimensional joints comprising more than two actuating or connecting rods

Definitions

  • the present invention relates to a delta-kinematics robot comprising a robot base, on the circumference of which at least three movable control arms are mounted, and a tool holder connected to the robot base by means of the control arms.
  • Such robots are known in principle and are also referred to as delta robots or parallel robots.
  • the robot base is usually stationary on a frame or stand, and the control arms are movable relative to the robot base by means of suitable motor drives.
  • the control arms By moving the control arms relative to the robot base, the tool holder connected to the control arms is also moved, which has an end effector, e.g. a gripper or a vacuum suction device, can wear.
  • an end effector e.g. a gripper or a vacuum suction device
  • the end effector can be moved to any location within a working space, which is defined by the sum of all points that can basically be approached by the kinematics.
  • Robots of the type mentioned are used, for example, in the field of the food industry as so-called "pick and place” robots for converting products from a receiving area into a storage area.
  • the spatial area within which the conversion of products takes place in accordance with the respective application specifications is referred to here as workspace.
  • workspace The spatial area within which the conversion of products takes place in accordance with the respective application specifications.
  • the working space must be completely within the working space.
  • the ratio of the volume of usable space and working space is referred to as the degree of utilization.
  • robots with a low utilization require relatively much space.
  • the deviation between the working space and working space can be such that the kinematic properties of the robot, such as speed, acceleration capacity and load capacity, are unfavorable for a given application.
  • the object is achieved by a robot having the features of claim 1 and in particular by the fact that the control arms are distributed unevenly around the circumference of the robot base.
  • the working space of the robot can be specifically adapted to the shape and / or size of a given useful space and thereby achieve a higher degree of utilization.
  • This means that the robot can be dimensioned smaller with a given usable space, which not least reduces the space required for installing the robot.
  • the transfer function which describes the kinematic properties of the robot, is improved, resulting in a substantial increase in the efficiency of the robot. For example, can be achieved by an uneven arrangement of the control arms that the working space of the robot has an elongated shape.
  • the robot according to the invention is particularly well suited for use in the food industry, in particular for converting foodstuffs from a first conveyor belt to a second conveyor belt or else from a conveyor belt in packages provided in a packaging machine.
  • the foods may be cut foods or portions of, for example, stacked or shingled product slices, e.g. Sausage or cheese slices which are separated by a cutting device, e.g. a slicer or high-performance slicer to be separated from a Artslaib.
  • control arms are arranged at unequal angular distances around the robot base, ie the angular deviation Stands adjacent control arms are not all the same size. This means a departure from the practice hitherto customary in the art, the control arms of delta robots evenly, ie at constant angular intervals to arrange around the robot base distributed around.
  • the angular distances between a first control arm and a second control arm and between the first control arm and a third control arm may be equal to and greater than the angular distance between the second control arm and the third control arm.
  • three existing control arms thus results in a Y-shaped arrangement of the control arms, wherein the two upper legs of the Y are arranged at a relatively smaller angular distance from each other.
  • the arrangement of the control arms may be in the form of a compressed X.
  • the angular distance between the second control arm and the third control arm between 40 ° and 80 ° and in particular in the range of 60 °.
  • Such an arrangement has proven to be favorable, especially with regard to the force and speed profile of the robot.
  • At least two of the control arms are offset relative to one another with respect to a uniform arrangement of all the control arms transversely to a preferred direction.
  • the preferred direction corresponds to a main working direction of the robot, ie the direction in which the robot mainly converts products.
  • the working space of the robot can be aligned according to its predominant activity.
  • two control arms compared to a uniform larly distributed arrangement of all control arms of the space required by the robot is reduced, which allows, inter alia, seen transversely to the preferred direction to arrange a larger number of robots side by side in a given space area.
  • the preferred direction can also be twisted relative to the main working direction, for example in order to further improve the speed and acceleration profile of the robot.
  • the control arms are designed differently long. Such unevenness in the arm length can supplement an arrangement of the control arms distributed unevenly around the circumference of the robot base for adaptation of the working space to the work space.
  • control arms each have an upper arm section which is pivotably mounted on the robot base and a lower arm section which is hinged to the upper arm section and leads to the tool receptacle, wherein the lower arm sections are designed as differently wide parallelograms.
  • the parallelograms of control arms which have a smaller angular distance from each other in deviation from a uniform arrangement, designed to be narrower than the parallelogram of the rest of the control arm or the parallelograms of the other control arms.
  • Narrow trained parallelograms can be arranged at a smaller angular distance from each other, what the uneven arrangement facilitates the control arms.
  • a broad parallelogram or several broad parallelograms possess or possess a higher intrinsic stability.
  • the object underlying the invention of improving the degree of utilization can also be achieved by a differently long design of the control arms per se, in particular in a uniformly distributed around the circumference of the robot base arrangement of the control arms. Therefore, according to the invention, a robot with delta kinematics is also considered which comprises a robot base on which
  • Scope at least three movable control arms are mounted, and comprises a tool holder, which is connected by means of the control arms to the robot base, wherein the control arms are designed to have different lengths.
  • FIG. 1 shows a simplified side view of a delta robot
  • FIG. 2 shows the robot according to FIG. 1 in a plan view.
  • Fig. 3 shows a simplified side view of an inventive
  • FIG. 4 shows the robot according to FIG. 3 in a plan view.
  • a delta robot according to the prior art is shown.
  • the robot comprises a tool holder 11, which is connected to a robot base 16 via three control arms 13, 14, 15.
  • Through the center of the robot base 16 extends an imaginary central axis Z, which is arranged vertically in the illustrated embodiment.
  • the central axis Z extends at maximum extension of all control arms 13, 14, 15 not only by the robot base 16, but also by the tool holder eleventh
  • Each control arm 13, 14, 15 comprises an upper arm portion 17 and a lower arm portion 19, which are designed for example in the form of thin-walled tubes made of stainless steel or plastic fiber.
  • the lower arm sections 19 are designed in a manner known per se as parallelograms, which is not shown in the figures, however.
  • the parallelograms of the lower arm portions 19 are pivotally connected by means of ball joints 21 both with the respectively associated upper arm portion 17 and with the tool holder 11.
  • the upper arm portions 17 of the control arms 13 along an imaginary circle are respectively attached to a peripheral portion 23 of the robot base 16 and 120 ° offset from each other about the central axis Z arranged around, i. they have equal angular distances from each other.
  • the upper arm portions 17 of the control arms 13 are mounted vertically pivotable on the robot base 16, wherein for pivoting the upper arm portions 17 each upper arm portion 17 an unillustrated drive is associated, which includes an electric motor including transmission and storage.
  • the robot base 16 may be mounted on a suitable fixed support structure, also called cell construction, which is not shown in the figures.
  • the tool holder 11 has a hinge plate 25 on which an unillustrated end effector of the robot, e.g. a gripper or a vacuum suction device attachable.
  • the end effector may also be rotatable about an axis perpendicular to the hinge plate 25 axis, which is also referred to as the fourth axis, rotatable.
  • the robot By moving the control arms 13, 14, 15 and operating the end effector in the tool holder 11, the robot can be used for converting products from a receiving area to a storage area.
  • the set of all positions, in which the tool holder 11 can be moved with the end effector by suitable movement of the control arms 13, 14, 15, forms a working space 30 of the robot. Due to the uniform arrangement and the similar design of the control arms 13, 14, 15, the working space 30 of the robot according to FIGS. 1 and 2 in the form of a hemisphere.
  • the robot is dimensioned and arranged such that a predetermined by the application work space 35 is completely within the working space 30.
  • the work space 35 is rectangular or cuboid in the example shown and has a longitudinal axis, the one
  • FIGS. 3 and 4 show a robot according to an embodiment of the invention, in which the same reference numerals are used for equivalent components as in FIGS. 1 and 2.
  • the robot according to the invention differs from the robot shown in FIGS. 1 and 2 an optimization of the working space 30 'with respect to the cuboid Nutzraums 35, so as to improve the transfer function and the degree of utilization of the robot.
  • control arms 13, 14, 15 of the robot according to the invention are not arranged at equal angular intervals of 120 ° about the central axis Z on calculatorsab section 23 of the robot base 16, but two of the control arms 14, 15 are at an angle W of 60 ° spaced apart, resulting in each case an equal value of 150 ° for the two remaining angular distances.
  • the outer dimension of the robot is reduced transversely to the preferred direction V. Nevertheless, however, the complete coverage of the elongated work space 35 by the working space 30 'is maintained.
  • the degree of deviation from the uniform arrangement is optimized with regard to the shape and the size of the predetermined work space 35, the optimization taking place with additional consideration of conditions given by the speed, acceleration and force profiles of the robot.
  • the parallelograms of the lower arm sections 19 of these control arms 14, 15 are made narrower than a conventional value.
  • the parallelogram of the lower arm portion 19 of the stand alone control arm 13 is widened to ensure sufficient stability.
  • control arms of different lengths, so that at least one of the control arms is longer than the other two control arms.
  • This type of unevenness can complement an uneven distribution of the control arms along the circumference of the robot base.

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  • Mechanical Engineering (AREA)
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Abstract

Ein Roboter mit Delta-Kinematik umfasst eine Roboterbasis, an deren Umfang wenigstens drei bewegbare Steuerarme angebracht sind, und eine Werkzeugaufnahme, die mittels der Steuerarme mit der Roboterbasis verbunden ist. Die Steuerarme sind ungleichmäßig um den Umfang der Roboterbasis verteilt angeordnet und/ oder unterschiedlich lang ausgeführt.

Description

Weber Maschinenbau GmbH Breidenbach W10175PWO - Sh/Mm
Roboter mit Delta-Kinematik
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Roboter mit Delta-Kinematik, umfassend eine Roboterbasis, an deren Umfang wenigstens drei bewegbare Steuerarme angebracht sind, und eine Werkzeugaufnahme, die mittels der Steuerarme mit der Roboterbasis verbunden ist.
Derartige Roboter sind grundsätzlich bekannt und werden auch als Delta- Roboter oder Parallelroboter bezeichnet. Die Roboterbasis ist meist ortsfest an einem Rahmen oder einem Gestell angeordnet, und die Steuerarme sind mittels geeigneter motorischer Antriebe relativ zu der Roboterbasis bewegbar. Durch eine Bewegung der Steuerarme relativ zu der Roboterbasis wird auch die mit den Steuerarmen verbundene Werkzeugaufnahme bewegt, welche einen Endeffektor, wie z.B. einen Greifer oder eine Vakuumsaugvorrichtung, tragen kann. Durch eine geeignete Ansteuerung der motorischen Antriebe der Steuerarme kann der Endeffektor an einen be- liebigen Ort innerhalb eines Arbeitsraums bewegt werden, welcher durch die Summe aller durch die Kinematik grundsätzlich anfahrbaren Punkte definiert ist.
Roboter der genannten Art werden beispielsweise im Bereich der Lebens- mittelindustrie als sogenannte "Pick and Place"-Roboter zum Umsetzen von Produkten von einem Aufnahmebereich in einen Ablagebereich eingesetzt. Das Raumgebiet, innerhalb welchem das Umsetzen von Produkten gemäß den jeweiligen Anwendungsvorgaben stattfindet, wird hier als Nutzraum bezeichnet. Zum Durchführen der gewünschten Umsetzaufgabe muss der Nutzraum vollständig innerhalb des Arbeitsraums liegen. Das Verhältnis der Rauminhalte von Nutzraum und Arbeitsraum wird als Nutzungsgrad bezeichnet. Dabei besteht das Problem, dass insbesondere im Bereich der Lebensmittelindustrie eingesetzte "Pick and Place" -Roboter oft keinen optimalen Nutzungsgrad aufweisen, worunter letztlich die Wirtschaftlichkeit des Roboterbetriebs leidet. Insbesondere benötigen Roboter mit einem geringen Nutzungsgrad relativ viel Platz. Darüber hinaus kann die Abweichung zwischen Nutzraum und Arbeitsraum derart sein, dass die kinematischen Eigenschaften des Roboters, wie z.B. Geschwindigkeit, Beschleunigungsvermögen und Traglast, bei einer vorgegebenen Anwendung ungünstig sind.
Es ist daher eine Aufgabe der Erfindung, einen Roboter mit Delta- Kinematik hinsichtlich seiner kinematischen Eigenschaften und seines Nutzungsgrads zu verbessern.
Die Aufgabe wird durch einen Roboter mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und insbesondere dadurch gelöst, dass die Steuerarme ungleichmäßig um den Umfang der Roboterbasis verteilt angeordnet sind.
Durch die ungleichmäßige Anordnung der Steuerarme lässt sich der Arbeitsraum des Roboters gezielt an die Form und/ oder die Größe eines vorgegebenen Nutzraums anpassen und dadurch ein höherer Nutzungsgrad erreichen. Dies wiederum bedeutet, dass der Roboter bei vorgegebe- nem Nutzraum kleiner dimensioniert werden kann, was nicht zuletzt den zur Installation des Roboters benötigten Platzbedarf reduziert. Weiterhin ist die Übertragungsfunktion, welche die kinematischen Eigenschaften des Roboters beschreibt, verbessert, was zu einer wesentlichen Steigerung der Effizienz des Roboters führt. Beispielsweise kann durch eine ungleichmäßige Anordnung der Steuerarme erreicht werden, dass der Arbeitsraum des Roboters eine langgestreckte Form aufweist. Insbesondere bei länglichen, z.B. rechteckigen oder quaderförmigen, Nutzräumen, wie sie beispielsweise bei typischen "Pick and Place "-Aufgaben häufig vorkommen, bei denen Produkte z.B. von einem Förderband in eine Verpackungsmaschine umgesetzt werden, führt ein derartiger langgestreckter Arbeitsraum zu einer verbesserten Übertragungsfunktion und einem erhöhten Nutzungsgrad. Insgesamt lässt sich durch die ungleichmäßige Verteilung der Steuerarme entlang des Umfangs der Roboterbasis also ein wirtschaftlicherer Betrieb des Roboters erreichen. Vorteilhafterweise ist der Grad der Abweichung von einer gleichmäßigen Verteilung dabei im Hinblick auf das Geschwin- digkeits- und/ oder Kraftprofil der Steuerarmbewegung optimiert.
Der erfindungsgemäße Roboter eignet sich besonders gut für einen Einsatz in der Lebensmittelindustrie, insbesondere zum Umsetzen von Lebensmitteln von einem ersten Förderband auf ein zweites Förderband oder auch von einem Förderband in in einer Verpackungsmaschine bereitge- stellte Verpackungen. Bei den Lebensmitteln kann es sich dabei um geschnittene Lebensmittel oder Portionen von beispielsweise gestapelten oder geschindelten Produktscheiben handeln, z.B. Wurst- oder Käsescheiben, welche durch eine Schneidvorrichtung, z.B. einen Slicer bzw. Hoch- leistungs-Slicer, von einem Produktlaib abgetrennt werden.
Bevorzugte Ausbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen, der Beschreibung und der Zeichnung zu entnehmen.
Gemäß einer Ausführungsform sind die Steuerarme in ungleichen Win- kelabständen um die Roboterbasis herum angeordnet, d.h. die Winkelab- stände benachbarter Steuerarme sind nicht alle gleich groß. Dies bedeutet eine Abkehr von der in der Fachwelt bislang üblichen Praxis, die Steuerarme von Delta-Robotern gleichmäßig, d.h. also mit konstanten Winkelabständen, um die Roboterbasis herum verteilt anzuordnen.
Insbesondere können die Winkelabstände zwischen einem ersten Steuerarm und einem zweiten Steuerarm sowie zwischen dem ersten Steuerarm und einem dritten Steuerarm gleichgroß und größer als der Winkelabstand zwischen dem zweiten Steuerarm und dem dritten Steuerarm sein. Im Falle von drei vorhandenen Steuerarmen ergibt sich somit eine Y- förmige Anordnung der Steuerarme, wobei die beiden oberen Schenkel des Y in einem relativ kleineren Winkelabstand zueinander angeordnet sind. In einer Konfiguration mit vier vorhandenen Steuerarmen kann die Anordnung der Steuerarme die Form eines zusammengedrückten X aufwei- sen.
Vorzugsweise liegt der Winkelabstand zwischen dem zweiten Steuerarm und dem dritten Steuerarm zwischen 40° und 80° und insbesondere im Bereich von 60°. Eine derartige Anordnung hat sich vor allem in Bezug auf das Kraft- und Geschwindigkeitsprofil des Roboters als günstig erwiesen.
Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung sind wenigstens zwei der Steuerarme in Bezug auf eine gleichmäßige Anordnung aller Steuerarme quer zu einer Vorzugsrichtung auf einander zu versetzt.
Vorteilhafterweise entspricht die Vorzugsrichtung einer Hauptarbeitsrichtung des Roboters, d.h. derjenigen Richtung, in welcher der Roboter überwiegend Produkte umsetzt. Somit kann der Arbeitsraum des Roboters entsprechend dessen überwiegender Tätigkeit ausgerichtet werden. Durch das Zusammenrücken zweier Steuerarme im Vergleich zu einer gleichmä- ßig verteilten Anordnung aller Steuerarme wird der durch den Roboter benötigte Bauraum verringert, was es unter anderem ermöglicht, quer zu der Vorzugsrichtung gesehen eine größere Anzahl von Robotern nebeneinander in einem vorgegebenen Raumbereich anzuordnen.
Grundsätzlich kann die Vorzugsrichtung aber auch relativ zur Hauptarbeitsrichtung verdreht sein, beispielsweise um das Geschwindigkeits- und Beschleunigungsprofil des Roboters weiter zu verbessern. Gemäß einer weiteren Ausführungsform sind die Steuerarme unterschiedlich lang ausgeführt. Eine derartige Ungleichmäßigkeit in der Armlänge kann eine ungleichmäßig um den Umfang der Roboterbasis verteilte Anordnung der Steuerarme für eine Anpassung des Arbeitsraums an den Nutzraum ergänzen.
Gemäß noch einer weiteren Ausführungsform weisen die Steuerarme jeweils einen an der Roboterbasis verschwenkbar gelagerten oberen Armabschnitt und einen an dem oberen Armabschnitt angelenkten und zu der Werkzeugaufnahme führenden unteren Armabschnitt auf, wobei die unte- ren Armabschnitte als unterschiedlich breite Parallelogramme ausgeführt sind. Durch den Einsatz unterschiedlich breiter Parallelogramme lässt sich auch bei ungleichmäßig verteilt angeordneten Steuerarmen eine optimale Stabilität des Roboters sicherstellen. Bevorzugt sind die Parallelogramme von Steuerarmen, die in Abweichung von einer gleichmäßigen Anordnung einen kleineren Winkelabstand zueinander aufweisen, schmaler ausgeführt als das Parallelogramm des übrigen Steuerarms bzw. die Parallelogramme der übrigen Steuerarme.
Schmal ausgebildete Parallelogramme lassen sich in einem geringeren Winkelabstand zueinander anordnen, was die ungleichmäßige Anordnung der Steuerarme erleichtert. Ein breites Parallelogramm oder mehrere breite Parallelogramme besitzt bzw. besitzen hingegen eine höhere Eigenstabilität. Prinzipiell kann die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe der Verbesserung des Nutzungsgrads auch durch eine unterschiedlich lange Ausführung der Steuerarme für sich genommen gelöst werden, insbesondere bei einer gleichmäßig um den Umfang der Roboterbasis verteilten Anordnung der Steuerarme. Erfindungsgemäß wird deshalb auch ein Roboter mit Delta- Kinematik in Betracht gezogen, der eine Roboterbasis, an deren
Umfang wenigstens drei bewegbare Steuerarme angebracht sind, und eine Werkzeugaufnahme umfasst, die mittels der Steuerarme mit der Roboterbasis verbunden ist, wobei die Steuerarme unterschiedlich lang ausgeführt sind.
Nachfolgend wird die Erfindung beispielhaft anhand einer vorteilhaften Ausführungsform unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung beschrieben. Fig. 1 zeigt eine vereinfachte Seitenansicht eines Delta-Roboters
gemäß dem Stand der Technik.
Fig. 2 zeigt den Roboter gemäß Fig. 1 in einer Draufsicht. Fig. 3 zeigt eine vereinfachte Seitenansicht eines erfindungsgemäßen
Delta-Roboters.
Fig. 4 zeigt den Roboter gemäß Fig. 3 in einer Draufsicht. In Fig. 1 und 2 ist ein Delta-Roboter gemäß dem Stand der Technik dargestellt. Der Roboter umfasst eine Werkzeugaufnahme 11 , die über drei Steuerarme 13, 14, 15 mit einer Roboterbasis 16 verbunden ist. Durch die Mitte der Roboterbasis 16 erstreckt sich eine gedachte Zentralachse Z, welche im dargestellten Ausführungsbeispiel vertikal angeordnet ist. Sind die Steuerarme 13, 14, 15 - wie im dargestellten Ausführungsbeispiel - alle gleich lang ausgebildet, so verläuft die Zentralachse Z bei maximaler Streckung aller Steuerarme 13, 14, 15 nicht nur durch die Roboterbasis 16, sondern auch durch die Werkzeugaufnahme 11.
Jeder Steuerarm 13, 14, 15 umfasst einen oberen Armabschnitt 17 und einen unteren Armabschnitt 19, die beispielsweise in Form von dünnwandigen Rohren aus Edelstahl oder Kunststofffaser ausgeführt sind. Die unteren Armabschnitte 19 sind in an sich bekannter Weise als Parallelo- gramme ausgeführt, was in den Figuren jedoch nicht dargestellt ist. Die Parallelogramme der unteren Armabschnitte 19 sind mittels Kugelgelenken 21 sowohl mit dem jeweils zugeordneten oberen Armabschnitt 17 als auch mit der Werkzeugaufnahme 11 gelenkig verbunden. Wie aus der Draufsicht gemäß Fig. 2 hervorgeht, sind die oberen Armabschnitte 17 der Steuerarme 13 entlang eines gedachten Kreises jeweils an einem Umfangsabschnitt 23 der Roboterbasis 16 angebracht und um 120° zueinander versetzt um die Zentralachse Z herum angeordnet, d.h. sie weisen gleiche Winkelabstände zueinander auf.
Die oberen Armabschnitte 17 der Steuerarme 13 sind vertikal verschwenkbar an der Roboterbasis 16 gelagert, wobei zum Verschwenken der oberen Armabschnitte 17 jedem oberen Armabschnitt 17 ein nicht dargestellter Antrieb zugeordnet ist, welcher einen Elektromotor ein- schließlich Getriebe und Lagerung umfasst. Die Roboterbasis 16 kann an einer geeigneten ortsfesten Trägerstruktur, auch Zellenkonstruktion genannt, montiert sein, was in den Figuren jedoch nicht dargestellt ist.
Die Werkzeugaufnahme 11 weist eine Gelenkplatte 25 auf, an welcher ein nicht dargestellter Endeffektor des Roboters, z.B. ein Greifer oder eine Vakuumsaugvorrichtung, anbringbar ist. Der Endeffektor kann ferner um eine zur Gelenkplatte 25 senkrechte Achse, welche auch als vierte Achse bezeichnet wird, verdrehbar sein. Durch Bewegen der Steuerarme 13, 14, 15 und Betätigen des Endeffektors in der Werkzeugaufnahme 11 kann der Roboter zum Umsetzen von Produkten von einem Aufnahmebereich in einen Ablagebereich verwendet werden. Die Menge aller Positionen, in welche die Werkzeugaufnahme 11 mit dem Endeffektor durch geeignete Bewegung der Steuerarme 13, 14, 15 bewegt werden kann, bildet einen Arbeitsraum 30 des Roboters. Aufgrund der gleichmäßigen Anordnung und der gleichartigen Ausbildung der Steuerarme 13, 14, 15 weist der Arbeitsraum 30 des Roboters gemäß Fig. 1 und 2 die Form einer Halbkugel auf.
Dabei ist der Roboter derart dimensioniert und angeordnet, dass ein durch die Anwendung vorgegebener Nutzraum 35 vollständig innerhalb des Arbeitsraums 30 liegt. Der Nutzraum 35 ist im dargestellten Beispiel rechteckig bzw. quaderförmig und weist eine Längsachse auf, die einer
Vorzugsrichtung V der durch den Roboter zu bewältigenden Umsetzaufgabe entspricht. In Fig. 3 und 4 ist ein Roboter gemäß einer Ausführungsform der Erfindung dargestellt, bei welchem für äquivalente Komponenten die gleichen Bezugszeichen verwendet werden wie in Fig. 1 und 2. Der erfindungsgemäße Roboter unterscheidet sich von dem in Fig. 1 und 2 dargestellten Roboter durch eine Optimierung des Arbeitsraums 30' hinsichtlich des quaderförmigen Nutzraums 35, um so die Übertragungsfunktion und den Nutzungsgrad des Roboters zu verbessern. Zu diesem Zweck sind die Steuerarme 13, 14, 15 des erfindungsgemäßen Roboters nicht in gleichen Winkelabständen von 120° um die Zentralachse Z herum am Umfangsab schnitt 23 der Roboterbasis 16 angeordnet, sondern zwei der Steuerarme 14, 15 sind um einen Winkel W von 60° zueinander beabstandet, wodurch sich für die beiden übrigen Winkelabstände jeweils ein gleicher Wert von 150° ergibt.
Der Arbeitsraum 30' des Roboters ist somit langgestreckt, wobei die
Längsachse in der Vorzugsrichtung V verläuft. Quer zu der Vorzugsrichtung V ist der Arbeitsraum 30' des Roboters gestaucht.
Wie insbesondere in Fig. 4 zu erkennen ist, ist die äußere Abmessung des Roboters quer zu der Vorzugsrichtung V reduziert. Trotzdem bleibt aber die vollständige Überdeckung des länglichen Nutzraums 35 durch den Arbeitsraum 30' erhalten.
Der Grad der Abweichung von der gleichmäßigen Anordnung ist hinsichtlich der Form und der Größe des vorgegebenen Nutzraums 35 optimiert, wobei die Optimierung unter zusätzlicher Berücksichtung von durch die Geschwindigkeits-, Beschleunigungs- und Kraftprofile des Roboters vorge- gebenen Bedingungen erfolgt. Um eine ungestörte Bewegung der beiden im geringeren Winkelabstand W angeordneten Steuerarme 14, 15 zu gewährleisten, sind die Parallelogramme der unteren Armabschnitte 19 dieser Steuerarme 14, 15 gegen- über einem üblichen Wert schmaler ausgebildet. Gleichzeitig ist das Parallelogramm des unteren Armabschnitts 19 des allein stehenden Steuerarms 13 zur Gewährleistung einer ausreichenden Stabilität verbreitert.
Gemäß einer nicht dargestellten Ausführungsform der Erfindung ist es zusätzlich möglich, die Steuerarme unterschiedlich lang auszubilden, so dass wenigstens einer der Steuerarme länger als die beiden übrigen Steuerarme ist. Diese Art der Ungleichmäßigkeit kann eine ungleichmäßige Verteilung der Steuerarme entlang des Umfangs der Roboterbasis ergänzen. Grundsätzlich ist aber es auch möglich, den Arbeitsraum ausschließ- lieh, d.h. also auch bei einer Anordnung der Steuerarme in gleichen Winkelabständen, wie sie in Fig. 1 und 2 dargestellt ist, durch eine unterschiedlich lange Ausbildung der Steuerarme an den gewünschten Nutzraum anzupassen.
Bezugszeichenliste
11 Werkzeugaufnahme
13, 14, 15 Steuerarm
16 Roboterbasis
17 oberer Armabschnitt
19 unterer Armabschnitt 21 Kugelgelenk
23 Umfangsabschnitt
25 Gelenkplatte
30, 30' Arbeitsraum
35 Nutzraum
Z Zentralachse
V Vorzugsrichtung
w Winkelabstand

Claims

Patentansprüche
Roboter mit Delta-Kinematik, umfassend:
eine Roboterbasis (16), an deren Umfang wenigstens drei bewegbare Steuerarme (13, 14, 15) angebracht sind, und
eine Werkzeugaufnahme (11), die mittels der Steuerarme (13, 14, 15) mit der Roboterbasis (16) verbunden ist,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Steuerarme (13, 14, 15) ungleichmäßig um den Umfang der Roboterbasis (16) verteilt angeordnet sind.
Roboter nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Steuerarme (13, 14, 15) in ungleichen Winkelabständen um die Roboterbasis (16) herum angeordnet sind.
Roboter nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Winkelabstände zwischen einem ersten Steuerarm (13) und einem zweiten Steuerarm (14) sowie zwischen dem ersten Steuerarm (13) und einem dritten Steuerarm (15) gleich groß und größer als der Winkelabstand (W) zwischen dem zweiten Steuerarm (14) und dem dritten Steuerarm (15) sind.
Roboter nach Anspruch 2 oder 3,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Winkelabstand (W) zwischen dem zweiten Steuerarm (14) und dem dritten Steuerarm (15) zwischen 40° und 80° und insbesondere im Bereich von 60° liegt. Roboter nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
wenigstens zwei der Steuerarme (14, 15) in Bezug auf eine gleichmäßige Anordnung aller Steuerarme (13, 14, 15) quer zu einer Vorzugsrichtung (V) aufeinander zu versetzt sind.
Roboter nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Vorzugsrichtung (V) einer Hauptarbeitsrichtung des Roboters entspricht.
Roboter nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
die Steuerarme unterschiedlich lang ausgeführt sind.
Roboter nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
die Steuerarme (13, 14, 15) jeweils einen an der Roboterbasis (16) verschwenkbar gelagerten oberen Armabschnitt ( 17) und einen an dem oberen Armabschnitt (17) angelenkten und zu der Werkzeugaufnahme (11) führenden unteren Armabschnitt (19) aufweisen, wo bei die unteren Armabschnitte (19) als unterschiedlich breite Parallelogramme ausgeführt sind.
Roboter nach Anspruch 8,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Parallelogramme von Steuerarmen (14, 15), die in Abweichung von einer gleichmäßig verteilten Anordnung einen kleineren Winkelabstand zueinander aufweisen, schmaler ausgeführt sind als das Parallelogramm des übrigen Steuerarms (13) bzw. die Parallelogramme der übrigen Steuerarme.
Roboter mit Delta-Kinematik, umfassend:
eine Roboterbasis, an deren Umfang wenigstens drei bewegbare Steuerarme angebracht sind, und
eine Werkzeugaufnahme, die mittels der Steuerarme mit der Roboterbasis verbunden ist,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Steuerarme unterschiedlich lang ausgeführt sind.
PCT/EP2011/001796 2010-04-12 2011-04-11 Roboter mit delta-kinematik Ceased WO2011128057A1 (de)

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