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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Führen von Versorgungsleitungen an einem Gelenkroboter. Sie umfasst einen dem Längenausgleich für Bewegungen mehrerer Roboterachsen dienenden Längenausgleichsabschnitt mit Linearführung und Rückstellmittel.
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Stand der Technik
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Gelenkroboter werden regelmäßig in komplexen Arbeitsumgebungen zum Positionieren und/oder Steuern von Werkzeugen eingesetzt; sie zeichnen sich durch ihre im Vergleich zu konventionellen Maschinen besondere räumliche Flexibilität aus. Diese Flexibilität wird durch entlang der Roboterstruktur verlaufende Leitungen eingeschränkt.
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Derartige Leitungen bestehen aus Kabeln und/oder Schläuchen, die elektrischen Strom und/oder Fluide – wie beispielsweise Luft und Wasser – und/oder Lichtwellen leiten, und die beispielsweise an der Roboterhand angeordnete Werkzeuge und/oder Messgeräte mit Energie, Kühlung und/oder Daten versorgen; sie werden im Rahmen dieser Schrift als Versorgungsleitungen bezeichnet.
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Um eine möglichst weitgehende räumlichen Flexibilität von Gelenkrobotern zu ermöglichen, umfassen Vorrichtungen zum Führen von Versorgungsleitungen an einem Gelenkroboter auch Vorrichtungsabschnitte, die dem Längenausgleich der Versorgungsleitungen für Bewegungen von Roboterachsen dienen. In solchen Längenausgleichsabschnitten werden die Versorgungsleitungen – relativ zur Roboterstruktur – beweglich geführt; die Versorgungsleitungen weisen dort ein Teilstück auf, das aufgrund dieser Führung als Längenreserve dienen kann. Soll ein entsprechender Längenausgleichsabschnitt dem Längenausgleich für Bewegungen mehrerer Roboterachsen dienen, ist die bewegliche Führung dort nicht unmittelbar an die Bewegungen einzelner Roboterachsen gekoppelt.
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Vorrichtungen zum Führen von Versorgungsleitungen an einem Gelenkroboter sind regelmäßig wenigstens teilweise als Anbauteile des Gelenkroboters ausgestaltet. Im Bereich eines Roboterarms und einer Roboterhand werden die Versorgungsleitungen meist wenigstens teilweise außen an der Roboterstruktur und/oder wenigstens teilweise in einem Schutzschlauchs geführt, der beispielsweise als Well- oder Spiralschlauch ausgebildet ist; seltener werden die Versorgungsleitungen dort in einer Gliederkette geführt. Regelmäßig werden durch entsprechende Vorrichtungen verschiedenartige Versorgungsleitungen geführt.
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Zum Führen der Versorgungsleitungen werden regelmäßig an der Struktur des Gelenkroboters befestigte Anbauteile eingesetzt. Solche Anbauteile weisen meist an der Roboterstruktur angeordnete Winkelbleche, Schellenelemente, Trompetenelemente, Halteelemente und/oder Gleitelemente auf; gelegentlich weisen sie ein Formteil oder mehrere Formteile auf. Meist bestehen entsprechende Führungsvorrichtungen aus mehreren Anbauteilen.
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Längenausgleichsabschnitte, die dem Längenausgleich der Versorgungsleitungen für Bewegungen mehrerer Roboterachsen dienen, weisen meist kreisförmige oder u-förmige Schlaufen der Versorgungsleitungen auf, wobei ein Teil dieser Schlaufen als Längenreserve dient. Regelmäßig wird in solchen Vorrichtungsabschnitten beim Längenausgleich ein die Versorgungsleitungen umgebender Schutzschlauch und/oder eine die Versorgungsleitungen umgebende Gliederkette durch die Rückstellkraft eines Rückstellmittels gespannt und mit dem Versorgungsleitungen beweglich entgegen bzw. entlang der Rückstellkraft des Rückstellmittels geführt.
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Rückstellmittel weisen regelmäßig Federelemente auf. Solche Federelemente bestehen meist aus Druckfedern mit einer schraubenförmigen Struktur, die regelmäßig einen die Versorgungsleitungen umgebenden Schutzschlauch umgeben, seltener werden Blattfedern, Spiralfedern oder Federstäbe als Federelemente eingesetzt. In Längenausgleichsabschnitten, die eine Linearführung aufweisen, werden Druckfedern mit einer schraubenförmigen Struktur eingesetzt.
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Aus
DE 10 2004 028 577 A1 ist eine Vorrichtung zum Führen von Versorgungsleitungen an einem Gelenkroboter bekannt, die Versorgungsleitungen entlang der Struktur des Gelenkroboters durch ein im hinteren Bereich des Roboterarms angebrachtes Formteil zu dessen Hand nach vorne führt.
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Zum Längenausgleich ist ein Längenausgleichsabschnitt vorgesehen, der dem Längenausgleich für Bewegungen mehrerer Roboterachsen dient und eine u-förmige Schlaufe der Versorgungsleitungen aufweist; ein Schenkel dieser Schlaufe wird durch eine Linearführung beweglich geführt, die einen vorne geschlossenen, seitlich hinten geöffneten Rundrohrabschnitt aufweist, und die ihrerseits als Abschnitt des Formteils ausgestaltet ist. Die Längenreserve entsteht, weil sich der u-förmige Bogen beim Längenausgleich entlang der Linearführung verschieben kann, wobei die Verlängerung eines Schenkels mit einer Verkürzung des anderen Schenkels verbunden ist.
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Das Rückstellmittel weist eine Druckfeder mit einer schraubenförmigen Struktur auf; ihre Federkraft wirkt über ein als Verschleißring ausgebildetes, linear bewegliches Führungselement, sowie über einen Schutzschlauch als Rückstellkraft auf die Versorgungsleitungen.
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Nachteilig an der Vorrichtung ist, dass das Formteil mit dem integrierten Rundrohrabschnitt ein relativ aufwändiges Fertigungsteil darstellt, das über eine zusätzliche Befestigungsplatte am Roboter gehalten wird. Entsprechend stellt diese Führungsvorrichtung insgesamt eine eher aufwändige Lösung dar.
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Aus
DE 10224858 A1 ist eine Vorrichtung zum Führen von Versorgungsleitungen an einem Gelenkroboter bekannt, die Versorgungsleitungen entlang der Struktur des Gelenkroboters zu dessen Hand nach vorne führt. Zum Längenausgleich ist ein Längenausgleichsabschnitt vorgesehen, der dem Längenausgleich für Bewegungen mehrerer Roboterachsen dient und eine u-förmige Schlaufe der Versorgungsleitungen aufweist; ein Schenkel dieser Schlaufe wird durch eine Linearführung beweglich geführt, die ein auf einer Platte gelagertes Rundrohr mit seitlicher Längsöffnung und Stegen aufweist. Die Längenreserve entsteht, weil sich der u-förmige Bogen beim Längenausgleich längs der Linearführung verschieben kann, wobei die Verlängerung eines Schenkels mit einer Verkürzung des anderen Schenkels verbunden ist.
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Das Rückstellmittel weist eine Druckfeder mit einer schraubenförmigen Struktur auf; ihre Federkraft wirkt über ein als Verschleißring ausgebildetes, linear bewegliches Führungselement, sowie über einen Schutzschlauch als Rückstellkraft auf die Versorgungsleitungen.
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Nachteilig an der Vorrichtung ist, dass neben dem seitlich geöffneten Rundrohr mit Stegen – einem relativ aufwändigen Fertigungsteil – zur Lagerung dieses Rundrohrs eine zusätzliche Platte erforderlich ist, die dann ihrerseits über Winkelbleche am Roboter gehalten wird. Entsprechend stellt auch diese Führungsvorrichtung insgesamt eine eher aufwändige Lösung dar.
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Aus
WO 2008037276 A1 ist eine Vorrichtung zum Führen von Versorgungsleitungen an einem Gelenkroboter bekannt, die Versorgungsleitungen entlang der Struktur des Gelenkroboters zu dessen Hand nach vorne führt. Zum Längenausgleich ist ein Längenausgleichsabschnitt vorgesehen, der dem Längenausgleich für Bewegungen mehrerer Roboterachsen dient und eine u-förmige Schlaufe der Versorgungsleitungen aufweist; ein Schenkel dieser Schlaufe wird durch eine Linearführung beweglich geführt, die mindestens drei parallel angeordnete Führungsstäbe aufweist, welche über zwei Halteringe miteinander verbunden sind. Die Längenreserve entsteht, weil sich der u-förmige Bogen beim Längenausgleich entlang Linearführung verschieben kann, wobei die Verlängerung eines Schenkels mit einer Verkürzung des anderen Schenkels verbunden ist.
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Das Rückstellmittel weist eine Druckfeder mit einer schraubenförmigen Struktur auf; ihre Federkraft wirkt über ein als Verschleißring ausgebildetes, linear bewegliches Führungselement, sowie über einen Schutzschlauch als Rückstellkraft auf die Versorgungsleitungen.
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Nachteilig an der Vorrichtung ist, dass neben den mindestens drei Führungsstäben und zwei relativ aufwändig zu fertigenden Halteringen zur Lagerung der Linearführung eine zusätzliche Befestigungsplatte erforderlich ist. Entsprechend stellt auch diese Führungsvorrichtung insgesamt eine eher aufwändige Lösung dar.
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Beschreibung der Erfindung
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zum Führen von Versorgungsleitungen entlang der Struktur eines Gelenkroboters bereitzustellen, die im Vergleich zu vorbekannten Vorrichtungen in einem dem Längenausgleich für Bewegungen mehrerer Roboterachsen dienenden Längenausgleichsabschnitt mit Linearführung und Rückstellmittel einfacher und kostengünstiger ausgestaltet werden kann.
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Der Erfindung liegt zudem die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Führen von Versorgungsleitungen entlang der Struktur eines Gelenkroboters zu entwickeln, das im Vergleich zu vorbekannten Verfahren in einem dem Längenausgleich für Bewegungen mehrerer Roboterachsen dienenden Längenausgleichsabschnitt mit Linearführung und Rückstellmittel eine einfacher und kostengünstiger ausgestaltete Führung ermöglicht.
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Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch eine Vorrichtung eines Gelenkroboters zum Führen von Versorgungsleitungen entlang der Struktur des Gelenkroboters gelöst, die die Versorgungsleitungen in einem dem Längenausgleich für Bewegungen mehrerer Roboterachsen dienenden Längenausgleichsabschnitt mit Linearführung und Rückstellmittel beweglich führt, wobei die Versorgungsleitungen in diesem Längenausgleichsabschnitt in einem Schutzschlauch und/oder einer Gliederkette geführt werden, wobei das Rückstellmittel mindestens eine Feder aufweist, deren Federkraft über den Schutzschlauch und/oder die Gliederkette mittelbar als Rückstellkraft des Rückstellmittel auf die Versorgungsleitungen wirkt, und wobei die Linearführung mindestens zwei im Wesentlichen ebene, im Wesentlichen gleichmäßig voneinander beabstandete Platten aufweist, zwischen denen ein linear bewegliches Führungselement der Linearführung linear gleitend geführt wird, das seinerseits den Schutzschlauch und/oder die Gliederkette linear beweglich führt.
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Erfindungsgemäß wird die Aufgabe auch durch ein Verfahren zum Führen von Versorgungsleitungen entlang der Struktur eines Gelenkroboters gelöst, durch das die Versorgungsleitungen in einem dem Längenausgleich für Bewegungen mehrerer Roboterachsen dienenden Längenausgleichsabschnitt mit Linearführung und Rückstellmittel beweglich geführt werden, wobei die Versorgungsleitungen in diesem Längenausgleichsabschnitt in einem Schutzschlauch und/oder einer Gliederkette geführt werden, wobei das Rückstellmittel mindestens eine Feder aufweist, deren Federkraft über den Schutzschlauch und/oder die Gliederkette mittelbar als Rückstellkraft des Rückstellmittel auf die Versorgungsleitungen wirkt, und wobei die Linearführung mindestens zwei im Wesentlichen ebene, im Wesentlichen gleichmäßig voneinander beabstandete Platten aufweist, zwischen denen ein linear bewegliches Führungselement der Linearführung linear gleitend geführt wird, das seinerseits den Schutzschlauch und/oder die Gliederkette linear beweglich führt.
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Erfindungsgemäß wird die Aufgabe auch durch einen Gelenkroboter mit der vorgenannten Vorrichtung sowie durch eine Vorrichtung zur Durchführung des vorgenannten Verfahrens sowie durch einen Gelenkroboter mit einer Vorrichtung zur Durchführung des vorgenannten Verfahrens gelöst.
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Eine Linearführung aus zwei im Wesentlichen ebenen, im Wesentlichen gleichmäßig voneinander beabstandeten Platten kann einfacher und kostengünstiger hergestellt werden, als vorbekannte Linearführungen. Die Platten müssen keine räumlich getrennten Teile darstellen. Insbesondere ist eine Fertigung beider Platten aus einem einzelnen, mit einem Laser zugeschnittenen Blech möglich, das nach dem Zuschneiden gebogen wird.
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Hinsichtlich der konkreten Ausführung der erfindungsgemäßen Vorrichtung bzw. des erfindungsgemäßen Verfahrens kommen verschiedene Alternativen bzw. Varianten in Betracht.
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In einer alternativen Ausführung sind insgesamt mindestens zwei seitliche Enden der beiden Platten längs der Bewegungsrichtung des linear beweglichen Führungselements so umgebogen, dass bei Längenausgleichsbewegungen ein seitliches Ausbrechen des linear beweglichen Führungselements verhindert wird.
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Eine solche Ausführung verhindert nicht nur das seitliche Ausbrechen des linear beweglichen Führungselements, sondern verleiht den Platten auch eine größere Stabilität, so dass Schwingungen der Platten bei Bewegungen des Roboters reduziert werden.
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In einer alternativen Ausführung weist das linear bewegliche Führungselement an mindestens einer Stelle eine den Abstand beider Platten übersteigende Höhe auf, und wird das bewegliche Führungselement in diesem Bereich des Führungselements so entlang der Platten geführt, dass ein seitliches Ausbrechen des linear beweglichen Führungselements verhindert wird.
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Eine solche Ausführung vermeidet im Vergleich zur vorgenannten Ausführung bei der Fertigung der Linearführung mindestens zwei biegende Bearbeitungsschritte.
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In einer alternativen Ausführung werden die Versorgungsleitungen im Längenausgleichsabschnitt im Wesentlichen als u-förmige Schlaufe mit geraden Schenkeln entlang der Struktur des Gelenkroboters geführt.
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Diese räumliche Führung ist bewährt und bei einer Führung des linear beweglichen Elements zwischen zwei Platten gut möglich.
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In einer Variante der letztgenannten alternativen Ausführung wirkt die Rückstellkraft des Rückstellmittels im Bereich eines Schenkels der u-förmigen Schlaufe auf den Schutzschlauch und/oder die Gliederkette sowie über den Schutzschlauch und/oder die Gliederkette als Rückstellkraft auf die Versorgungsleitungen.
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Diese Führung hat den Vorteil, dass bei Längenausgleichsbewegungen beide Schenkel der u-förmigen Schlaufe um eine Länge verkürzt bzw. verlängert werden, die dem Verfahrweg des linear beweglichen Elements entspricht; entsprechend stehen der Verfahrweg des linear beweglichen Elements und die Längenreserve in einem Verhältnis von 1 zu 2, wodurch die Linearführung bzw. die beiden Platten kürzer und damit einfacher, platzsparender und insbesondere kostengünstiger ausgestaltet werden können.
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In einer anderen Variante der letztgenannten alternativen Ausführung wirkt die Rückstellkraft des Rückstellmittels im Bereich eines Schenkels der u-förmigen Schlaufe auf den Schutzschlauch und/oder die Gliederkette sowie über den Schutzschlauch und/oder die Gliederkette als Rückstellkraft auf die Versorgungsleitungen.
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Diese Führung hat den Vorteil, dass der Schutzschlauch und/oder die Gliederkette im Vergleich zur vorgenannten Varianten bei Längenausgleichsbewegungen weniger Reibung ausgesetzt werden.
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In einer alternativen Ausführung ist eine der Platten der Linearführung über mindestens ein Winkelblech mit der Roboterstruktur verbunden.
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Wird eine der Platten der Linearführung so mit dem Roboter verbunden, so entfällt die bei vorbekannten Lösungen verwendete zusätzliche Befestigungsplatte. Die Befestigungsplatte ist gewissermaßen bereits in die Linearführung integriert. Oder anders formuliert: Ausgehend von der ohnehin erforderlichen Befestigungsplatte entsteht die Linearführung durch Hinzufügen nur einer weiteren Platte.
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In einer alternativen Ausführung ist eine der Platten der Linearführung direkt mit der Roboterstruktur verbunden.
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Wird eine der Platten der Linearführung so mit dem Roboter verbunden, entfällt nicht nur die in vorbekannten Lösungen verwendete zusätzliche Befestigungsplatte, sondern auch das oft erforderliche, zusätzliche Winkelblech.
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Eine solche Ausführung bietet sich insbesondere an, wenn die Roboterstruktur Befestigungsstellen aufweist, deren Befestigungsflächen parallel zur Bewegungsrichtung des linear beweglichen Elements der Linearführung verlaufen.
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1a und 1b zeigen den Längenausgleichsabschnitt (3) einer alternativ möglichen Ausführung der erfindungsgemäßen Vorrichtung. Im Längenausgleichsabschnitt (3) ist zur Aufnahme der Versorgungsleitungen (2) ein Schutzschlauch (7) vorgesehen. Die Linearführung (4) weist zwei ebene, voneinander beabstandete Platten ohne seitliche Umkantung auf, zwischen denen das linear bewegliche Element (6) linear gleitend gelagert ist. Das linear bewegliche Element (6) weist seitlich der Platten beidseitig eine Höhe auf, die den Abstand der Platten übersteigt, so dass ein seitliches Ausbrechen des linear beweglichen Elements (6) verhindert wird. Die Feder (9) des Rückstellmittels ist als Druckfeder ausgestaltet. 1a zeigt eine Stellung mit ungenutzter Längenreserve, 1b zeigt eine Stellung mit vollständig genutzter Längenreserve.
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2a und 2b zeigen den Längenausgleichsabschnitt (3) einer alternativ möglichen Ausführung der erfindungsgemäßen Vorrichtung. Im Längenausgleichsabschnitt (3) ist zur Aufnahme der Versorgungsleitungen eine Gliederkette (8) vorgesehen. Die Linearführung (4) weist zwei ebene, voneinander beabstandete Platten auf, zwischen denen das linear bewegliche Element (6) linear gleitend gelagert ist. Die Platten weisen insgesamt vier längs der Bewegungsrichtung des linear beweglichen Elements (6) verlaufende, seitliche Umkantungen auf, die ein seitliches Ausbrechen des linear beweglichen Elements (6) verhindern. Die Feder (9) des Rückstellmittels ist als Druckfeder ausgestaltet. Die Versorgungsleitungen selbst sind hier nicht dargestellt. 2a zeigt eine Stellung mit ungenutzter Längenreserve, 2b zeigt eine Stellung mit vollständig genutzter Längenreserve.
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3 zeigt das Rückstellmittel (5) des in 1a und 1b gezeigten Längenausgleichsabschnitts in einigen Details.
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4a bis 4c zeigen verschiedene Ausführungen des linear beweglichen Elements (6). 4a zeigt das linear bewegliche Element (6) aus 2a und 2b in einigen Details. 4b zeigt ein linear bewegliches Element mit einer erhöhten Stelle, deren Höhe den Abstand zwischen den Platten übersteigt. Das dargestellte linear bewegliche Element (6) wäre insbesondere für eine Linearführung geeignet, bei der eine der Platten mittig einen Schlitz aufweist, in den die erhöhte Stelle des linear beweglichen Elements eingreifen kann. 4c zeigt das linear bewegliche Element (6) aus 1a und 1b in einigen Details; es weist an beiden Seiten erhöhte Stellen auf, deren Höhe den Abstand zwischen den Platten übersteigt.
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5 zeigt den Längenausgleichsabschnitt (3) einer alternativ möglichen Ausführung der erfindungsgemäßen Vorrichtung, der außen entlang des Arms eines Gelenkroboters (1) angebracht ist bzw. verläuft. Eine grafische Darstellung des weiteren Verlaufs der Versorgungsleitungen entlang der Struktur des Roboters erfolgt hier nicht. Diesbezüglich ergeben sich aus der erfindungsgemäßen Führung und Rückstellung der Versorgungsleitungen im Längenausgleichsabschnitt keine Besonderheiten.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Gelenkroboter
- 2
- Versorgungsleitungen
- 3
- Längenausgleichsabschnitt
- 4
- Linearführung
- 5
- Rückstellmittel
- 6
- linear bewegliches Element
- 7
- Schutzschlauch
- 8
- Gliederkette
- 9
- Feder
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102004028577 A1 [0009]
- DE 10224858 A1 [0013]
- WO 2008037276 A1 [0016]
