WO2019201891A1

WO2019201891A1 - Roboteranordnung

Info

Publication number: WO2019201891A1
Application number: PCT/EP2019/059746
Authority: WO
Inventors: Wolfgang Schober; Moritz Zasche; Andre Reekers; Jorge Torres; Martin Riedel; Sabine Beck
Original assignee: Kuka Deutschland Gmbh
Priority date: 2018-04-19
Filing date: 2019-04-16
Publication date: 2019-10-24
Also published as: CN112088071A; US20210146529A1; EP3781365A1; DE102018206009A1; CN112088071B

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Roboteranordnung (1) mit mindestens vier tragende Strukturteilen (10), wobei die Strukturteile (10) über jeweils zwischen zwei benachbarten der Strukturteile (10) angeordnete Gelenke (20) insgesamt zu einer Kette verbunden sind, sowie für jedes der Gelenke (20) einen zugordneten Gelenkmotor (21) zur angetriebenen Bewegung der durch das jeweilige Gelenk (20) verbundenen Strukturteilen (10) relativ zueinander. Eine Steuerungseinrichtung (40) ist in einem der Strukturteile (10) angeordnet, das beidseitig über ein entsprechendes der Gelenke (20) mit einem jeweils benachbarten der Strukturteile (10) verbunden ist, wobei die Steuerungseinrichtung (40) zur Ansteuerung von zumindest drei der Gelenkmotoren (21) konfiguriert ist und die zur Ansteuerung erforderliche elektrische Verbindung von der Steuerungseinrichtung (40) zu jedem der Gelenkmotoren (21) mittels einer dem jeweiligen Gelenkmotor (21) dediziert zugeordneten separaten Steuerleitung (22) ausgebildet ist.

Description

Roboteranordnung

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Roboteranordnung.

Eine Roboteranordnung, beispielsweise ein Industrieroboter, weist in der Regel eine Steuerungsvorrichtung auf, die eingerichtet ist, ein Steuerungsprogramm zur Steuerung der Roboteranordnung auszuführen und entsprechende

Steuerungsbefehle zur gewünschten Bewegung beispielsweise eines

Roboterarms auszugeben. Um die gewünschte Bewegung auszuführen, ist der Roboterarm typischerweise mit einer Mehrzahl an Motoren ausgestattet. Eine üblicherweise in einer Basis der Roboteranordnung an geordnete

Steuerungseinrichtung setzt die Steuerungsbefehle in Steuersignale, etwa bestimmte elektrische Spannungen oder Spannungspulse bzw. Pulsfolgen, zur Ansteuerung der Motoren um.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine verbesserte Roboteranordnung zur Verfügung zu stellen, insbesondere zumindest einen Teil der

Roboteranordnung kompakter zu gestalten.

Diese Aufgabe wird durch eine Roboteranordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Die Unteransprüche betreffen vorteilhafte Weiterbildungen.

Nach einem Aspekt der vorliegenden Erfindung weist eine Roboteranordnung mindestens vier tragende Strukturteile auf, wobei die Strukturteile über jeweils zwischen zwei benachbarten der Strukturteile an geordnete Gelenke insgesamt zu einer Kette verbunden sind, sowie für jedes der Gelenke einen zugordneten Gelenkmotor zur angetriebenen Bewegung der durch das jeweilige Gelenk verbundenen Strukturteile relativ zueinander. Eine Steuerungseinrichtung ist in einem der Strukturteile angeordnet, das beidseitig über ein entsprechendes der Gelenke mit einem jeweils benachbarten der Strukturteile verbunden ist, wobei die Steuerungseinrichtung zur Ansteuerung von zumindest drei der Gelenkmotoren konfiguriert ist und die zur Ansteuerung erforderliche elektrische Verbindung von der Steuerungseinrichtung zu jedem der Gelenkmotoren mittels einer dem jeweiligen Gelenkmotor dediziert zugeordneten separaten Steuerleitung, beispielsweise einem Steuerleitungskabel, ausgebildet ist.

Die tragenden Strukturteile, etwa ein Karussell, ein Schwinge oder ein einzelnes Glied eines Roboterarms oder einer Roboterhand, sind durch die jeweils zwischen ihnen angeordneten Gelenke variabel ausricht- und/oder positionierbar, beispielsweise gegenüber einer Basis der Roboteranordnung. Die dabei durchzuführenden Bewegungen können von der, insbesondere zentralen und beispielsweise als integrierter Schaltkreis ausgeführten, Steuerungseinrichtung veranlasst werden, indem entsprechende Steuersignale für jeden einzelnen der Gelenkmotoren über die Steuerleitungen von der Steuerungseinrichtung ausgegeben werden. Durch die Anordnung der Steuerungseinrichtung in einem der Strukturteile, das beidseitig über ein entsprechendes Gelenk mit einem jeweils benachbarten der Strukturteile verbunden ist, kann dabei für jedes der Gelenke die Anzahl von Steuerleitungen, die über bzw. durch die entsprechenden Gelenke geführt werden müssen, vorteilhaft reduziert werden.

Beispielsweise kann auf das Führen von Steuerleitungen über bzw. durch ein erstes Gelenk, welches eine erste Roboterachse definiert, welches die übrigen Strukturteile gegenüber einer Basis der Roboteranordnung beweglich lagert, verzichtet werden. Ist die Steuerungseinrichtung in einem Strukturteil hinter einer zweiten Roboterachse angeordnet, so muss über bzw. durch ein zweites Gelenk, welches die zweite Roboterachse definiert, dementsprechend nur die

Steuerleitung zwischen der Steuerungseinrichtung und dem Gelenkmotor für das Gelenk mit der ersten Roboterachse geführt werden. Sowohl das Gelenk mit der ersten Roboterachse als auch das Gelenk mit der zweiten Roboterachse kann daher in Bezug auf Durchmesser bzw. Bauraum besonders platzsparend ausgeführt werden. Dieser Gedanke lässt sich für Gelenke, die weitere

Roboterachsen definieren, fortführen, so dass insgesamt die vorteilhafte

Reduktion der Anzahl über die entsprechenden Gelenke geführten

Steuerleitungen für die einzelnen Gelenke erreicht werden kann. Die erfindungsgemäße Lösung ermöglicht somit eine kompaktere und/oder schlankere Bauform der Gelenke als in konventionellen Roboteranordnung, die eine in der Basis angeordnete Steuerungseinrichtung aufweisen. Insbesondere können die Gelenke, welche die sog. Grundachsen definieren, d.h. die erste und zweite Roboterachse, schlanker und kompakter ausgeführt werden, wodurch beispielsweise die Störkontur der Roboteranordnung reduzierbar ist.

Gleichzeitig ermöglicht die Positionierung der, insbesondere zentralen,

Steuerungseinrichtung in einem der (gegenüber der Basis) beweglichen

Strukturteile auch eine unkomplizierte und schnelle Montage und/oder Wartung der Roboteranordnung, da die Steuerelektronik der Gelenkmotoren vorzugsweise für jedes der Gelenke der Roboteranordnung in einem einzigen Bauteil, insbesondere in einem integrierten Schaltkreis, konzentriert ist. Damit entfällt beispielsweise eine gegebenenfalls aufwändige Fehlersuche.

Nachfolgend werden bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung und deren Weiterbildungen beschrieben, die jeweils, soweit dies nicht ausdrücklich ausgeschlossen wird, beliebig miteinander kombiniert werden können.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist das eine der mindestens vier

Strukturteile, in dem die Steuerungseinrichtung angeordnet ist, als Schwinge der Roboteranordnung ausgebildet. Die Schwinge ist vorzugsweise über eines der Gelenke mit einem Karussell der Roboteranordnung und über ein anderes der Gelenke mit einem Roboterarm der Roboteranordnung, insbesondere mit einem Glied des Roboterarms, beweglich verbunden. Dadurch stützt die Schwinge zumindest das Gewicht des Roboterarms. Somit kann die Schwinge aufgrund ihrer, insbesondere zu Gliedern eines Roboterarms der Roboteranordnung, typischerweise relativ hohen Masse von der Steuerungseinrichtung abgegebene Wärme effektiv abführen.

In bevorzugter Weise sind in dieser Ausführung die beiden Gelenkmotoren zum Antrieb der Bewegung der Schwinge relativ zum Karussell bzw. dem Roboterarm nicht in der Schwinge, sondern insbesondere im Karussell bzw. im Roboterarm verbaut. Dadurch kann vorteilhaft vermieden werden, dass zusätzlich zur Wärme aus der Steuerungseinrichtung weitere Wärme aus den Gelenkmotoren von der Schwinge abgeführt werden muss. Das Abführen der Wärme der

Steuerungseinrichtung über die Schwinge wird dadurch besonders effektiv.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist den jeweils zwischen zwei benachbarten der Strukturteile angeordneten Gelenken jeweils eine

Gelenksensorik zur Erfassung von einem Gelenkzustand und Erzeugung entsprechender Sensorsignale zugeordnet. Die Steuerungseinrichtung ist vorzugsweise zur Verarbeitung der Sensorsignale eingerichtet. Die zur

Übermittlung der Sensorsignale erforderliche elektrische Verbindung von jeder der Gelenksensoriken zur Steuerungseinrichtung ist in bevorzugter Weise mittels einer der jeweiligen Gelenksensorik dediziert zugeordneten separaten Sensorleitung, beispielsweise einem Sensorleitungskabel, ausgebildet.

Vorzugsweise weist die Gelenksensorik einen Momentsensor auf, der dazu eingerichtet ist, ein auf das entsprechende Gelenk wirkendes Moment zu erfassen und ein entsprechendes Momentsignal auszugeben. Alternativ oder zusätzlich weist die Gelenksensorik einen Resolver auf, der dazu eingerichtet ist, eine Winkellage des Gelenks zu erfassen und ein entsprechendes Resolversignal auszugeben. Die zur Auswertung dieser Sensorsignale eingerichtete

Auswerteelektronik ist dabei in bevorzugter Weise mit einer Steuerelektronik zur Ansteuerung der Gelenkmotoren in einer Platine integriert, was neben einer Kostenersparnis in der Herstellung auch eine besonders vorteilhafte Platzierung innerhalb der Roboteranordnung, nämlich in einem der beidseitig über ein entsprechendes Gelenk mit einem jeweils benachbarten Strukturteil verbundenen Strukturteile ermöglicht. Insbesondere kann dadurch die Montage und/oder Wartung der Auswertungselektronik gemeinsam mit der Steuerelektronik vereinfacht werden.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist die Steuerungseinrichtung eingerichtet, die den Gelenken zugeordneten Gelenkmotoren unter

Berücksichtigung der Sensorsignale zu steuern. Insbesondere kann die Steuerungseinrichtung eingerichtet sein, auf Grundlage der von den Gelenksensoriken erzeugten Sensorsignale Steuersignale zur Steuerung der Gelenkmotoren zu erzeugen. Dadurch ist es möglich, die gesamte Funktionalität der Roboteranordnung in einem einzigen Bauteil, insbesondere in einem

integrierten Schaltkreis, das vorteilhaft in einem der beidseitig über ein

entsprechendes Gelenk mit einem jeweils benachbarten Strukturteil verbundenen Strukturteile angeordnet sein kann, zu integrieren. Dadurch kann Bauraum gespart werden, der ansonsten für die Sensorelektronik bereitgestellt werden müsste.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist wenigstens eines der Gelenke als Kippgelenk ausgebildet und wenigstens eine der einem Gelenkmotor dediziert zugeordneten separaten Steuerleitungen und/oder wenigstens eine der einer Gelenksensorik dediziert zugeordneten Sensorleitung über eine Schlaufe um das mindestens eine als Kippgelenk ausgebildete Gelenk geführt. Dadurch kann die Steuerungseinrichtung zuverlässig mit jedem der Gelenkmotoren und/oder

Gelenksensoriken verbunden werden, ohne dass das Risiko einer Beschädigung der jeweiligen Steuerleitungen bzw. Sensorleitungen bei Bewegung der

Strukturteile relativ zueinander besteht. Dabei ist das Führen der Steuerleitungen und/oder Sensorleitungen um das Gelenk als Schlaufe durch die Anordnung der Steuerungseinrichtung in einem der beidseitig über ein entsprechendes Gelenk mit einem jeweils benachbarten Strukturteil verbundenen Strukturteile begünstigt, da pro Gelenk die Anzahl der zu führenden Steuerleitungen bzw. Sensorleitungen reduziert ist und so beispielsweise die Steifigkeit eines resultierenden

Kabelstrangs bzw. die damit verbundene Belastung des Gelenks oder

Gelenkmotor verringert wird.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist das Strukturteil, in dem die Steuerungseinrichtung angeordnet ist, eine strukturell ausgebildete

Kühleinrichtung zur Kühlung der Steuerungseinrichtung auf. Die Kühleinrichtung kann insbesondere eingerichtet sein, Luft zur Kühlung der Steuerungseinrichtung in das Strukturteil einströmen zu lassen. Vorzugsweise ist die Kühleinrichtung dabei derart ausgebildet, dass die Luft zur Kühlung der Steuerungseinrichtung bei einer Bewegung der Roboteranordnung, insbesondere des beidseitig über ein entsprechendes Gelenk mit einem jeweils benachbarten Strukturteil verbundenen Strukturteils, in welchem die Steuerungseinrichtung angeordnet ist, in das

Strukturteil strömt und/oder auf die Steuerungseinrichtung geleitet wird. Dadurch kann die Steuerungseinrichtung automatisch gekühlt werden.

Die Kühleinrichtung kann beispielsweise Belüftungsschlitze aufweisen, durch die bei Bewegung des Strukturteils automatisch Luft in das Strukturteil strömt.

Bevorzugt weist die Außenwandung des Strukturteils zumindest einen

Belüftungsschlitz auf, bevorzugt mehrere Belüftungsschlitze, insbesondere an gegenüberliegenden bzw. entgegengesetzten Bereichen der Außenwandung. Ist die Steuerungseinrichtung etwa in der Schwinge der Roboteranordnung

angeordnet, kann die Kühleinrichtung von einer Verschalung der Schwinge mit den entsprechenden Belüftungsschlitzen gebildet werden. Die

Steuerungseinrichtung kann so bei jeder Bewegung der Schwinge, gegebenenfalls zusätzlich zu weiteren Kühlmechanismen, gekühlt werden.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist der Strukturteil, in dem die Steuerungseinrichtung angeordnet ist, in Schalenbauweise ausgeführt.

Vorzugsweise weist zumindest dieser Strukturteil eine skelettartige Struktur auf, an oder auf der zumindest ein Teil von Komponenten der beiden Gelenke, die den Strukturteil mit jeweils einem benachbarten der Strukturteile verbinden, die

Steuerungseinrichtung, die Steuerleitungen, zumindest ein Teil von Komponenten der den beiden Gelenken zugeordneten Gelenksensoriken, die Sensorleitungen und/oder dergleichen montiert sind. Diese skelettartige Struktur ist in bevorzugter Weise durch eine lösbar an der skelettartigen Struktur befestigte Verschalung (als bevorzugte Form einer Außenwandung), die gegebenenfalls Belüftungsschlitze zur Kühlung der Steuerungseinrichtung aufweisen kann, abgedeckt. Zur Montage und/oder Wartung der Steuerungseinrichtung, die in bevorzugter Weise direkt unterhalb der Verschalung angeordnet ist, kann die Verschalung so leicht entfernt werden, wodurch die Montage und/oder Wartung der Steuerungseinrichtung schnell ausgeführt werden kann. Mit anderen Worten kann die

Steuerungseinrichtung an einer Schalen oder an der skelettartigen Struktur befestigt sein. Bevorzugt kann die Steuerungseinrichtung zumindest ein Schaltelement aufweisen, welches ausgelegt ist, mit einem komplementären Schaltelement zusammenzuwirken, um das Verhalten der Steuerungseinrichtung zu beeinflussen. Beispielsweise kann die Steuerungseinrichtung an der

skelettartigen Struktur befestigt sein und zumindest einen Steckkontakt, einen Taster bzw. einen Schalter als bevorzugter Form eines Schaltelements aufweisen, wobei die Schale, welche an der skelettartigen Struktur befestigt wird, ein komplementäres Schaltelement aufweist, welches beim Anordnen der Schale an die skelettartige Struktur das Schaltelement betätigt und dabei eine Einstellung der Steuerungseinrichtung, beispielsweise eine maximale Geschwindigkeit, Drehzahl, Beschleunigung und/oder Motorstrom des bzw. der von der Steuerungseinrichtung gesteuerten Antriebe definiert. Vorteilhafterweise kann die Steuerungseinrichtung dadurch in einfacher Weise durch das Wechseln der Schalen konfiguriert werden. Es versteht sich, dass die Steuerungseinrichtung auch an einer Schale befestigt sein kann und die komplementären Schaltelemente an der skelettartigen Struktur befestigt sind. Dadurch kann vorteilhafterweise die Steuerungseinrichtung bei einem Wechsel gemäß der durch die skelettartige Struktur bzw. dem Roboter bedingten Randbedingungen automatisch konfiguriert werden.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist in dem Strukturteil, in dem die Steuerungseinrichtung angeordnet ist, neben der Steuerungseinrichtung

zumindest eine weitere elektronische Komponente, insbesondere ein weiterer integrierter Schaltkreis, angeordnet ist. Die zumindest eine weitere elektronische Komponente ist vorzugsweise mit der Steuerungseinrichtung verbunden.

Insbesondere kann die Steuerungseinrichtung mittels der zumindest einen weiteren elektronischen Komponente, etwa bezüglich ihrer Funktionalität, erweitert sein. Beispielsweise kann die als Platine ausgebildete Steuerungseinrichtung in einem Bereich entlang einer Seite der skelettartigen Struktur des Strukturteils montiert sein, wobei auf einer gegenüberliegenden Seite weitere elektronische Komponenten angebracht sind. Alternativ oder zusätzlich kann die

Steuerungseinrichtung in einem Bereich um die skelettartige Struktur herum montiert sein, wobei in weiteren Bereichen entlang der skelettartigen Struktur weitere elektronische Komponenten angebracht sind. Der somit modulartige Aufbau der Roboteranordnung, insbesondere der Steuerungseinrichtung, ermöglicht eine besonders effiziente Nutzung des Bauraums in dem Strukturteil, in dem die Steuerungseinrichtung angeordnet ist.

Von dem tragenden Strukturteil kann so etwa zusätzliche Sensorik, beispielsweise zur Bereitstellung einer sog.„taktilen Haut“, mit der zusätzliche, nicht auf die Gelenke bzw. Gelenkmotoren wirkenden Kräfte bzw. Momente erfasst werden können, aufgenommen und mit der Steuerungseinrichtung verbunden werden, um die Funktionalität der Roboteranordnung zu erweitern.

Besonders vorteilhaft ist die Steuerungseinrichtung in der Schwinge der

Roboteranordnung angeordnet und gegenüber der Schwinge derart dimensioniert, dass weiteren elektronischen Komponenten in der Schwinge ausreichend

Bau raum geboten ist. Durch die Aufnahme von weiteren elektronischen

Komponenten in der Schwinge statt beispielsweise in Gliedern eines Roboterarms der Roboteranordnung wird vermieden, dass die Masse und damit die Trägheit des Roboterarms zunimmt, so dass die Belastungen für das Gelenk zwischen Schwinge und Roboterarm, welches eine dritte Roboterachse definiert, und/oder weiterer Gelenke, die weitere Roboterachsen definieren, minimiert werden können.

Weitere Vorteile und Merkmale ergeben sich aus den Unteransprüchen und den Ausführungsbeispielen. Hierzu zeigt, teilweise schematisiert:

Fig. 1 eine Roboteranordnung nach einer Ausführung der vorliegenden

Erfindung in einer Seitansicht;

Fig. 2 zu einer Kette verbundene Strukturteile einer Roboteranordnung mit einer in einem dieser Strukturteile angeordneten Steuerungseinrichtung; und

Fig. 3 ein als Schwinge ausgebildetes Strukturteil, in welchem eine

Steuerungsvorrichtung zur Steuerung von Gelenkmotoren angeordnet ist. Fig. 1 zeigt eine Roboteranordnung 1 nach einer Ausführung der vorliegenden Erfindung in einer Seitenansicht. Die Roboteranordnung 1 weist eine Mehrzahl an tragenden Strukturteilen 10 auf, wobei jeweils zwei benachbarte Strukturteile 10 über mindestens ein Gelenk 20 beweglich miteinander verbunden sind. Die tragenden Strukturteile 10 bilden dabei insbesondere starre Verbindungen zwischen den Gelenken 20. Gelenke 20, die eine Bewegung der mit ihnen verbundenen Strukturteile 10 um eine zur Bildebene senkrechte Roboterachse A2, A3, A5 ermöglichen, sind durch einen Kreis dargestellt. Gelenke 20, die eine Bewegung der mit ihnen verbundenen Strukturteile 10 um eine in der Bildebene liegenden Roboterachse A1 , A4, A6 ermöglichen, sind durch eine Schraffur dargestellt.

Die tragenden Strukturteile 10 können insbesondere als Basis 11 , Schwinge 12 Roboterarm 13 und Karussell 15 ausgebildet sein. Der Roboterarm 13 trägt eine Roboterhand 14 mit mehreren Gliedern 14a-c, die mit einem Werkzeug 30 verbindbar ist. Mittels den Gelenken 20 zugeordneten Gelenkmotoren (siehe Fig. 2) können die Strukturteile 10 unabhängig voneinander bewegt und somit das Werkzeug 30 in eine gewünschte Ausrichtung bzw. Position verbracht werden. Dabei ermöglicht jedes der Gelenke 20 die Bewegung eines Strukturteils 10 relativ zu einem benachbarten Strukturteil 10 um eine durch das Gelenk 20 definierte Roboterachse A1 - A6.

Vorteilhaft werden zumindest drei der Gelenkmotoren, vorzugsweise alle

Gelenkmotoren der Roboteranordnung 1 , von einer zentralen

Steuerungseinrichtung 40 angesteuert. Um die dabei von der

Steuerungseinrichtung 40 erzeugten Steuersignale an die Gelenkmotoren weiterzuleiten, sind Steuerleitungen (siehe Figur 2) vorgesehen, welche durch die Strukturteile 10 verlaufen und die Steuerungseinrichtung 40 mit dem jeweiligen Gelenkmotor verbinden.

Die zentrale Steuerungseinrichtung 40 wird vorzugsweise von einem der

Strukturteile 10 getragen, das beidseitig durch ein Gelenk 20 mit einem

benachbarten Strukturteil 10 verbunden ist. Dadurch kann die die Anzahl der Steuerleitungen, die um bzw. durch eines derjenigen Gelenke 20 geführt werden müssen, die das die Steuerungseinrichtung 40 tragende Strukturteil 10 mit einem benachbarten Strukturteil 10 verbinden, vorteilhaft verringert werden. Im gezeigten Beispiel ist die Steuerungseinrichtung 40 in der Schwinge 12 angeordnet, welche durch ein Gelenk 20 mit dem Karussell 15 und über ein weiteres Gelenk 20 mit dem Roboterarm 13 verbunden ist. Über bzw. durch das Gelenk 20 an der zweiten Roboterachse A2 muss somit ausschließlich die Steuerleitung zwischen der Steuerungseinrichtung 40 und demjenigen

Gelenkmotor, der dem Gelenk 20 mit der ersten Roboterachse A1 zugeordnet ist, geführt werden. Gegebenenfalls kann über das Gelenk 20 mit der zweiten

Roboterachse A2 zusätzlich auch die Steuerleitung zwischen der

Steuerungseinrichtung 40 und demjenigen Gelenkmotor, der dem Gelenk 20 mit der zweiten Roboterachse A2 zugeordnet ist, geführt werden, wenn der

Gelenkmotor im oder am Karussell 15 angeordnet ist. Die Steuerleitungen zwischen der Steuerungseinrichtung 40 und den weiteren Gelenkmotoren, die den Gelenken 20 mit der dritten bis sechsten Roboterachse A3-A6 zugeordnet sind, laufen dagegen nicht über das Gelenk 20 an der zweiten Roboterachse A2. Die Gelenke 20 mit den auch als Grundachsen bezeichneten ersten und zweiten Roboterachsen A1 , A2 können daher schlank und kompakt ausgeführt werden, wodurch die Störkontur der Roboteranordnung 1 reduziert wird. Im Gegensatz dazu muss bei einer konventionellen Anordnung (nicht gezeigt) der

Steuerungseinrichtung in der Basis 1 1 jede dieser Steuerleitungen über das Gelenk 20 mit der ersten und zweiten Roboterachse A1 , A2 geführt werden.

Fig. 2 zeigt vier mittels drei Gelenken 20 zu einer Kette verbundene Strukturteile 10 einer Roboteranordnung 1 mit einer in einem dieser Strukturteile 10

an geordneten Steuerungseinrichtung 40 zur Steuerung von den Gelenken 20 zugeordneten Gelenkmotoren 21. Jeder der Gelenkmotoren 21 ist dazu

eingerichtet, die relative Bewegung zweier mittels einem Gelenk 20 verbundenen Strukturteile 10 anzutreiben.

Jeder der Gelenkmotoren 21 ist dabei vorzugsweise an einem der beiden

Strukturteile 10 angeordnet, die über das Gelenk 20, dem der Gelenkmotor 21 zugeordnet ist, verbunden sind. In bevorzugter Weise ist jeder der Gelenkmotoren 21 an einem dem verbindenden Gelenk 20 zugewandten Ende eines der beiden Strukturteile 10 angeordnet. Alternativ kann zumindest einer der Gelenkmotoren kann auch Teil des entsprechenden, durch die vom Gelenkmotor angetriebene Bewegung betätigten Gelenks 20 sein und im Gelenk 20 angeordnet bzw. in das Gelenk 20 integriert sein (nicht dargestellt).

Im gezeigten Beispiel sind die einem Gelenk 20 zugeordneten Gelenkmotoren 21 jeweils am dem betreffenden Gelenk 20 zugewandten Ende derjenigen

Strukturteile 10 angeordnet, die mittels dem betreffenden Gelenk 20 mit einem benachbarten Strukturteil 10 verbunden sind.

Die Steuerungseinrichtung 40 ist mit jedem der Gelenkmotoren 21 über eine jeweilige, dedizierte Steuerleitung 22 verbunden. Um eine Verbindung der

Steuerungseinrichtung 40 auch mit Gelenkmotoren 21 zu ermöglichen, die nicht in bzw. an dem Strukturteil 10 angeordnet sind, in bzw. an dem auch die

Steuerungseinrichtung 40 angeordnet ist, werden die Steuerleitungen 22

vorzugsweise über Schlaufen 22a um die Gelenke 20 herumgeführt. Alternativ können die Steuerleitungen 22 aber auch durch einen durch das jeweilige Gelenk 20 verlaufenden Gelenkdurchgriff 22b geführt sein.

Da die Steuerungseinrichtung 40 in einem Strukturteil 10 angeordnet ist, das beidseitig über jeweils ein Gelenk 20 mit einem benachbarten Strukturteil 10 verbunden ist, d.h. das nicht ein Ende der Kette bildet, kann die Anzahl der über Schlaufen 22a bzw. durch Gelenkdurchgriffe 22b geführten Steuerleitungen 22, insbesondere im Bereich der beiden Gelenke 20, die das Strukturteil 10, in welchem die Steuerungseinrichtung 40 angeordnet ist, mit benachbarten

Strukturteilen 10 verbinden, vorteilhaft verringert werden.

Im gezeigten Beispiel muss um bzw. durch die beiden Gelenke 20, welche das Strukturteil 10, in welchem die Steuerungsvorrichtung 40 angeordnet ist, mit den beiden benachbarten Strukturteilen 10 verbinden, nur jeweils eine Steuerleitung 22 geführt werden. Wäre die Steuerungsvorrichtung 40 in einem Strukturteil 10 angeordnet, das ein Ende der Kette bildet, müsste über bzw. durch das Gelenk 20, welches diesen Strukturteil 10 mit einem benachbarten Strukturteil 10 verbindet, mindestens zwei Steuerleitungen 22 geführt werden. Den Gelenken 20 ist jeweils eine Gelenksensorik 23 zugeordnet, wobei jede der Gelenksensoriken von 23 über eine dedizierte Sensorleitung 24 mit der

Steuerungseinrichtung 40 verbunden ist. Aus Gründen der Übersichtlichkeit ist dabei nur eine der Sensorleitungen 24 eingezeichnet. Jede der Gelenksensoriken 23 ist eingerichtet, um einen Zustand des jeweiligen Gelenks 20, beispielsweise einen Drehwinkel des Gelenks oder ein auf das Gelenk 20 wirkendes Moment, zu erfassen und über die jeweilige Sensorleitung 24 entsprechende Sensorsignale an die Steuerungseinrichtung 40 auszugeben. Mittels der Sensorsignale kann die Steuerungseinrichtung 40 eine situationsangepasste Steuerung der

Gelenkmotoren 21 vornehmen, beispielsweise um eine Beschädigung von

Komponenten der Roboteranordnung 1 bei einer Kollision zu vermeiden. So kann etwa beim Erfassen eines auf eines der Gelenke 20 wirkenden und für die

Kollision charakteristischen Moments eine durch die Gelenkmotoren 21

angetriebene Bewegung gestoppt werden.

Die Sensorleitungen 24 werden vorzugsweise analog zu, insbesondere

gemeinsam mit, den Steuerleitungen 22 um bzw. durch die Gelenke 20 geführt.

Die Vorteile der Anordnung der Steuerungseinrichtung 40 in einem Strukturteil 10, das beidseitig über zwei Gelenke 20 mit benachbarten Strukturteilen 10

verbunden ist, in Bezug auf die Reduktion der Anzahl von über ein Gelenk 20 geführten Steuerleitungen 22 gelten somit auch in Bezug auf die Sensorleitungen 24.

Fig. 3 zeigt ein als Schwinge 12 ausgebildetes Strukturteil 10, in welchem eine Steuerungsvorrichtung 40 zur Steuerung von Gelenkmotoren (siehe Figur 2) angeordnet ist. Die Gelenkmotoren sind Gelenken 20 zugeordnet und eingerichtet zum Antreiben von Bewegungen der Schwinge relativ zu benachbarten

Strukturteilen (nicht gezeigt), die über die Gelenke 20 mit der Schwinge 12 verbunden sind.

Die Schwinge 12 ist im gezeigten Beispiel in Schalenbauweise ausgeführt, d.h. sie weist eine, beispielsweise aus einem Metallträger gebildete, skelettartige Struktur 17 auf, die durch eine lösbar mit der skelettartigen Struktur 17 verbundene Verschalung 18 verdeckt ist. Unterhalb der Verschalung 18, beispielsweise auf der skelettartigen Struktur 17, ist die Steuerungseinrichtung 40 montiert. Zu

Wartungszwecken kann die Verschalung 18 leicht entfernt werden, so dass die Steuerungseinrichtung 40 zugänglich wird. In die Verschalung 18 ist eine Kühleinrichtung 50 zu Kühlung der

Steuerungseinrichtung 40 in Form von Belüftungsschlitzen integriert. Die

Belüftungsschlitze sind in eine der Steuerungseinrichtung 40 gegenüberliegenden Seite der Verschalung 18 eingelassen, so dass bei einer Bewegung der Schwinge 12 Luft durch die Belüftungsschlitze strömen und von der Steuerungseinrichtung 40 erzeugte Wärme abtransportieren kann.

Zusätzlich kann von der Steuerungseinrichtung 40 erzeugte Wärme auch über die skelettartige Struktur 17 abtransportiert werden, die zu diesem Zweck

vorzugsweise aus einem Material mit guter Wärmeleitfähigkeit gefertigt ist. Dabei ist es besonders vorteilhaft, wenn die den Gelenken 20 zugeordneten

Gelenkmotoren nicht in der Schwinge 12, sondern in den benachbarten weiteren Strukturteilen angeordnet sind, welche über die Gelenke 20 mit der Schwinge 12 verbunden sind, da sich so die von der Steuerungseinrichtung 40 erzeugte Wärme und die von den Gelenkmotoren erzeugte Wärme nicht akkumuliert bzw. die von der Steuerungseinrichtung 40 erzeugte Wärme nicht in die Gelenkmotoren eingetragen werden kann, oder andersherum.

Die Anordnung der Steuerungseinrichtung 40 in der Schwinge 12 ist auch vorteilhaft, da hier unter der Verschalung 18 ausreichend Bau raum vorhanden ist, in dem weitere elektronische Komponenten (nicht gezeigt), beispielsweise zusätzliche Sensoriken, neben der Steuerungseinrichtung 40 angeordnet und mit dieser verbunden werden können.

Obwohl in der vorhergehenden Beschreibung exemplarische Ausführungen erläutert wurden, sei darauf hingewiesen, dass eine Vielzahl von Abwandlungen möglich ist. Außerdem sei darauf hingewiesen, dass es sich bei den

exemplarischen Ausführungen lediglich um Beispiele handelt, die den Schutzbereich, die Anwendungen und den Aufbau in keiner Weise einschränken sollen. Vielmehr wird dem Fachmann durch die vorausgehende Beschreibung ein Leitfaden für die Umsetzung von mindestens einer exemplarischen Ausführung gegeben, wobei diverse Änderungen, insbesondere in Hinblick auf die Funktion und Anordnung der beschriebenen Bestandteile, vorgenommen werden können, ohne den Schutzbereich zu verlassen, wie er sich aus den Ansprüchen und diesen äquivalenten Merkmalskombinationen ergibt.

Bezugszeichenliste

I Roboteranordnung

10 Strukturteil

I I Basis

12 Schwinge

13 Roboterarm

14 Roboterhand

14a-d Glieder

15 Karussell

17 Struktur

18 Verschalung

20 Gelenk

21 Gelenkmotor

22 Steuerleitung

22a Schlaufe

22b Gelenkdurchgriff

23 Gelenksensorik

24 Sensorleitung

30 Werkzeug

40 Steuerungseinrichtung

50 Kühleinrichtung

A1 -A6 Roboterachsen

Claims

Patentansprüche

1. Roboteranordnung (1 ), aufweisend:

mindestens vier tragende Strukturteile (10), wobei die Strukturteile (10) über jeweils zwischen zwei benachbarten der Strukturteile (10)

angeordnete Gelenke (20) insgesamt zu einer Kette verbunden sind;

für jedes der Gelenke (20) einen zugordneten Gelenkmotor (21 ) zur angetriebenen Bewegung der durch das jeweilige Gelenk (20)

verbundenen Strukturteile (10) relativ zueinander; und

eine Steuerungseinrichtung (40), die in einem der Strukturteile (10) angeordnet ist, das beidseitig über ein entsprechendes der Gelenke (20) mit einem jeweils benachbarten der Strukturteile (10) verbunden ist;

wobei die Steuerungseinrichtung (40) zur Ansteuerung von zumindest drei der Gelenkmotoren (21 ) konfiguriert ist und die zur Ansteuerung

erforderliche elektrische Verbindung von der Steuerungseinrichtung (40) zu jedem dieser angesteuerten Gelenkmotoren (21 ) mittels einer dem jeweiligen Gelenkmotor (21 ) dediziert zugeordneten separaten

Steuerleitung (22) ausgebildet ist.

2. Roboteranordnung (1 ) nach dem vorangehenden Anspruch 1 , wobei das eine der mindestens vier Strukturteile (10), in dem die

Steuerungseinrichtung (40) angeordnet ist, als Schwinge (12) ausgebildet ist.

3. Roboteranordnung (1 ) nach Anspruch 1 oder 2, wobei:

den jeweils zwischen zwei benachbarten der Strukturteile (10)

angeordneten Gelenken (20) jeweils eine Gelenksensorik (23) zur

Erfassung von einem Gelenkzustand und zur Erzeugung entsprechender Sensorsignale zugeordnet ist;

die Steuerungseinrichtung (40) zur Verarbeitung der Sensorsignale eingerichtet ist; und

die zur Übermittlung der Sensorsignale erforderliche elektrische

Verbindung von jeder der Gelenksensoriken (23) zur Steuerungseinrichtung (40) mittels einer der jeweiligen

Gelenksensorik (23) dediziert zugeordneten separaten Sensorleitung (24) ausgebildet ist.

4. Roboteranordnung nach Anspruch 3, wobei die

Steuerungseinrichtung (40) eingerichtet ist, die den Gelenken (20) zugeordneten Gelenkmotoren (21 ) unter Berücksichtigung der

Sensorsignale zu steuern.

5. Roboteranordnung (1 ) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei wenigstens eines der Gelenke (20) als Kippgelenk ausgebildet ist und wenigstens eine der einem Gelenkmotor (21 ) dediziert zugeordneten separaten Steuerleitungen (22) und/oder wenigstens eine der einer Gelenksensorik (23) dediziert zugeordneten Sensorleitungen (24) über eine Schlaufe (22a) um das mindestens eine als Kippgelenk ausgebildete Gelenk (20) geführt ist.

6. Roboteranordnung (1 ) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Strukturteil (10), in dem die Steuerungseinrichtung (40) angeordnet ist, eine strukturell ausgebildete Kühleinrichtung (50) zur Kühlung der Steuerungseinrichtung (40) aufweist.

7. Roboteranordnung (1 ) nach Anspruch 6, wobei die Kühleinrichtung (50) zumindest einen Belüftungsschlitz aufweist.

8. Roboteranordnung (1 ) nach Anspruch 7, wobei der zumindest eine

Belüftungsschlitz in der Außenwandung angeordnet ist.

9. Roboteranordnung (1 ) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Strukturteil (10), in dem die Steuerungseinrichtung (40) angeordnet ist, in Schalenbauweise ausgeführt ist.

10. Roboteranordnung (1 ) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei in dem Strukturteil (10), in dem die Steuerungseinrichtung (40) angeordnet ist, neben der Steuerungseinrichtung (40) zumindest eine weitere elektronische Komponente zur Verarbeitung und/oder Erzeugung elektrischer Signale, insbesondere weiterer Sensorsignale, angeordnet ist und die zumindest eine weitere elektronischen Komponente mit der Steuerungseinrichtung verbunden ist.

11. Roboteranordnung (1 ) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei in die Steuerungseinrichtung (40) zumindest ein Schaltelement aufweist, welches ausgelegt ist, mit einem komplementären Schaltelement zusammenzuwirken, um das Verhalten der Steuerungseinrichtung (40) zu beeinflussen.

12. Roboteranordnung (1 ) nach Anspruch 11 oder 12, wobei die

Steuerungseinrichtung (40) an der skelettartigen Struktur befestigt ist wobei eine der Schalen, welche an der skelettartigen Struktur befestigbar ist, ein komplementäres Schaltelement aufweist, welches beim Anordnen der Schale an die skelettartige Struktur das Schaltelement betätigt.

13. Roboteranordnung (1 ) nach Anspruch 11 oder 12, wobei die

Steuerungseinrichtung (40) an eine der Schalen, welche an der

skelettartigen Struktur befestigbar ist, befestigt ist und wobei die

skelettartigen Struktur zumindest ein komplementäres Schaltelement aufweist, welches beim Anordnen der Schale an die skelettartige Struktur das Schaltelement betätigt.