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Die Erfindung betrifft eine Leitungszuführung zum Zuführen von mindestens einer Leitung an eine bewegbare Arbeitseinheit.
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Derartige Leitungszuführungen sind beispielsweise auf dem Gebiet der Arbeitsroboter bekannt. Leitungen wie pneumatische Leitungen, elektrische Leitungen und/oder hydraulische Leitungen werden dabei einer bewegbaren Arbeitseinheit zugeführt und sind mit dieser verbunden. Bei einer Bewegung der Arbeitseinheit, beispielsweise eines an einem Roboterarm befestigten Greifers o. dgl., wird die damit verbundene Leitung durch die Arbeitseinheit bewegt und somit in erforderlicher Länge hinterher gezogen oder gestaucht. Zum Rückholen der Leitung ist es dabei gebräuchlich, Metallfedern, Gasdruckdämpfer oder Federstäbe als Rückholsysteme einzusetzen, um ein Verheddern der Leitung zu verhindern.
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Dabei sind die Rückstellkräfte relativ schlecht einstellbar, und es ergibt sich eine zeitliche Verzögerung der Bewegung der Arbeitseinheit zur Bewegung der Leitung sowie eine Ermüdung der belasteten Komponenten. Während eines länger andauernden Betriebs führt dies zu einer ständigen Verschlechterung des Ansprechverhaltens. Auftretende Kräfte wirken unmittelbar auf die Leitung, beispielsweise in Form eines Schlauch- oder Funktionspakets, und führen unter Umständen zum Abknicken oder Abreißen der Leitung. Entstehende Schlaufen können sich am Werkstück oder an der Arbeitseinheit selbst verheddern. Des Weiteren können schwingende Schlaufen zu einer Ungenauigkeit in den Bearbeitungsprozessen führen.
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Dabei können hohe Kräfte insbesondere dann auftreten, wenn die Leitung als Leitungsstrang aus mehreren Einzelleitungen aufgebaut ist.
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Dem gegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zu Grunde eine Leitungszuführung für eine bewegbare Arbeitseinheit zu schaffen, bei der die vorstehend beschriebenen Unzulänglichkeiten weitestgehend vermieden sind, d. h. eine exakte Leitungsführung gewährleistet ist, ein Einfluss der Leitungsbewegung auf die Arbeitseinheit weitgehend vermieden ist und einem Verheddern von Leitungen entgegen gewirkt wird.
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Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt durch eine Leitungszuführung gemäß Anspruch 1 bzw. durch ein Verfahren gemäß Anspruch 8; die Unteransprüche betreffen vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung.
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Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, die Leitungszuführung mit einem steuerbaren Zustellantrieb zur Bewegung der Leitung vorzusehen.
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Dadurch ist es möglich, die Leitung abhängig von einer Bewegung der Arbeitseinheit, d. h. abhängig von einem Bedarf an Leitungslänge zu verschieben und die entsprechende Leitungslänge der Arbeitseinheit zur Verfügung zu stellen.
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Dabei wird Vorteilhafterweise eine Gleitführung zum Führen der Leitung eingesetzt, um ein gleichmäßiges Verschieben der Leitung zu gewährleisten.
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Vorzugsweise ist die Leitungszuführung mit einer Spannvorrichtung versehen, die an der Leitung fixierbar ist und mit dem Zustellantrieb gekoppelt ist, um die Leitung entsprechend dem Bedarf zu verschieben.
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Dabei ist die Gleitführung in Bezug auf die Spannvorrichtung feststehend.
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Optional ist die Gleitführung vorzugsweise mit einer Federungs- und/oder Dämpfungseinrichtung versehen, um eine Gegenspannung aufzubauen und/oder Schwingungen zu minimieren, bzw. ein Abknicken zu verhindern.
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Der Zustellantrieb kann dabei beispielsweise als elektrischer, pneumatischer oder hydraulischer Antrieb ausgeführt sein.
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Häufig wird der Arbeitsvorrichtung nicht nur eine Einzelleitung sondern ein Strang aus Einzelleitungen zugeführt; im Sinne dieses Textes ist somit unter dem Begriff ”Leitung” sowohl eine Einzelleitung als auch ein Strang von Einzelleitungen aus elektrischen, pneumatischen und/oder hydraulischen Einzelleitungen zu verstehen.
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Ein Arbeitsgerät, beispielsweise ein Roboter, umfasst beispielsweise eine bewegbare Arbeitseinheit, beispielsweise einen auf einem Roboterarm gelagerten Greifer, ein Bearbeitungswerkzeug o. dgl., sowie einen steuerbaren Antrieb für die Arbeitseinheit, wobei erfindungsgemäß eine Leitungszuführung vorgesehen ist und wobei der Antrieb der Arbeitseinheit und der Zustellantrieb der Leitungsvorrichtung über eine Steuerung koordinierbar steuerbar sind.
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Zustellungsbewegungen der Arbeitseinheit werden dabei in entsprechende Zustellbewegungen für die Leitung umgesetzt.
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Bei einem erfindungsgemäßen Verfahren werden somit die Bewegungen der Arbeitseinheit in eine gesteuerte Zustellbewegung für die Leitung umgesetzt, wobei vorzugsweise die Steuerung der Zustellbewegung der Leitung von einer Steuerung der Bewegung der Arbeitseinheit vorgenommen wird.
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Eine Ausführungsform der Erfindung wird anhand der beigefügten Zeichnung erläutert, die schematisch den Aufbau einer erfindungsgemäßen Leitungszuführung darstellt.
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Die Figur zeigt in schematischer Seitendarstellung eine erfindungsgemäße Leitungszuführung mit einem bewegbaren Schlitten A, der auf einem Tragprofil B in Richtung der dargestellten Pfeile X und –X bewegbar ist. Die Bewegung des Schlittens A erfolgt über einen Motor D, der beispielsweise über eine Spindel oder einen Zahnriemen (nicht dargestellt) mit dem Schlitten A verbunden ist. Der Motor D ist ferner mit einem Inkrementalgeber versehen, um die jeweilige Stellung des Motors D bzw. damit die Stellung des Schlittens A zu erfassen und an eine entsprechende Steuerung (nicht dargestellt) zu liefern.
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Auf dem Schlitten A ist eine Haltebacke G mit einer Spannschelle F befestigt, durch die eine Leitung H beispielsweise in Form eines Wellrohres, eines Leitungsstranges oder einer Einzelleitung geführt ist. Die Haltebacke G ist an der Leitung H derart fixiert, dass relative translatorische Bewegungen zwischen Haltebacke G und Leitung H verhindert sind, Rotationsbewegungen der Leitung H in Bezug auf die Haltebacke G jedoch möglich sind.
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Des Weiteren sind auf dem Trägerprofil B Spannschellen F1, F2 zur Führung der Leitung H montiert. Die Spannschellen F1, F2 führen die Leitung H derart, dass eine translatorische und eine rotatorische Bewegung der Leitung mit Bezug auf die Spannschellen F1, F2 zugelassen werden. Zusätzlich ist die Spannschelle F2 über einem Drehflansch K gelagert, sodass eine Drehung der Spannschelle mit Bezug auf das Profil B ermöglicht wird.
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Optional trägt die Spannschelle F1 ferner eine Druckfeder J, die einerseits mit der Leitung H verbunden ist, andererseits mit der Spannschelle F1. Die Druckfeder J bewirkt eine Stabilisierung der Leitung H und dient ferner als Knickschutz.
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Am Tragprofil B sind ferner Haltewinkel C zur Befestigung der Leitungszuführung an einer bewegbaren Arbeitsvorrichtung wie einem Roboterarm oder dergleichen vorgesehen.
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Die bewegbare Arbeitsvorrichtung umfasst in der Regel eine bewegbare Arbeitseinheit wie einen Greifer, einen Werkzeugkopf oder dergleichen, wobei die Arbeitseinheit mit der Leitung H verbunden ist (rechts in der Fig.).
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Im Betrieb führt die Arbeitseinheit eine Relativbewegung mit Bezug auf die Arbeitsvorrichtung, d. h. den Roboterarm durch.
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Der Maximalweg Δx, um den der Schlitten insgesamt verschoben werden kann, ist durch die Spannschellen F1, F2 begrenzt, wobei Δx so bemessen ist, dass die maximalen Zustellbewegungen in x- und –x-Richtung mindestens den maximalen Bewegungen der Arbeitseinheit und dem Leitungsbedarf entsprechen.
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Erfindungsgemäß ist die Leitungszuführung an der Arbeitsvorrichtung über die Haltewinkel C befestigt, und der Motor D der Leitungszuführung ist mit einer Steuerung (nicht dargestellt) für die Arbeitseinheit verbunden. Bei einer Relativbewegung der Arbeitseinheit mit Bezug auf die Arbeitsvorrichtung wird der Zustellmotor D der Leitungszuführung entsprechend angesteuert, um eine der Relativbewegung der Arbeitseinheit entsprechende Leitungslänge zuzuführen oder abzuziehen. Die entsprechende Zustellbewegung der Leitung erfolgt dabei vorzugsweise synchronisiert mit der Relativbewegung der Arbeitseinheit, sodass eine Bewegung der Arbeitseinheit gleichzeitig mit einer Zustellbewegung der Leitung erfolgt. Dadurch wird vermieden, dass die Arbeitseinheit selbst die Zustellbewegung durchführen muss, d. h. die Leitung ”nachziehen” muss. Auf Grund dessen werden Zug- oder Stauchkräfte auf die Leitung verhindert, und der Verschleiß der Leitung wird minimiert.
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Dabei ist es auch möglich, die Synchronisation ”vorauseilend” zu gestalten, d. h. die Zustellbewegung bereits vor der entsprechenden Bewegung der Arbeitseinheit zu beginnen, sodass immer eine genügende Leitungslänge zur Verfügung steht.
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Bei nahe beieinander liegenden Zustellbewegungen x
1 und x
2, wobei |x
1 – x
2| << Δx kann dann beispielsweise eine Zwischenposition x
½ =
für den Schlitten eingenommen werden, die sowohl für die Position x
1 als auch für x
2 geeignet ist. In dem Fall dient das Leitungsstück zwischen der Spannschelle F2 und der Arbeitseinheit als ”Puffer” für zusätzliche Leitungsbewegungen.
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Bei dem erläuterten Ausführungsbeispiel ist das durch die Spannschelle F2 geführte Ende der Leitung H d. h. das rechte Ende der Leitung in der Fig., mit der Arbeitseinheit verbunden. Durch die drehbare Lagerung über den Drehflansch K kann somit die Spannschelle und damit die Leitung einer Bewegung der Arbeitseinheit folgen.
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Da die Leitung H in der Spannschelle F translatorisch fixiert ist, wirkt die Spannschelle F als Zugentlastung für die Arbeitseinheit, und Zug- oder Stauchkräfte auf das der Arbeitseinheit abgewandte Ende der Leitung H (links in der Fig.) werden lediglich von der Spannschelle F übertragen.
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Selbstverständlich kann die erfindungsgemäße Leitungszuführung in beliebiger Position zwischen einer Arbeitseinheit und einer Leitungsreserve eingesetzt werden, z. B. zwischen einem Roboterarm als Arbeitseinheit und der Leitungsreserve, wobei die Leitungszuführung die Zustellbewegung entsprechend den Bewegungen des Roboterarms durchführt.
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Der Vorteil des erfindungsgemäßen Systems liegt darin, dass eine Leitungsreserve von der Leitungsführung bereitgestellt wird, bevor eine mechanische Belastung auf die eingesetzte Leitung wirkt. Sowohl die Bereitstellung als auch die Zurücknahme der Reserve erfolgen schneller und schonender für die eingesetzten Materialien.
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Kollisionen mit Werkstücken durch schwingende Leitungspakete, die zu Ungenauigkeiten in Bearbeitungsprozessen führen, werden vermieden, und die benötigte Leitungsreserve wird vorgehalten.
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Als Folge gibt es weniger Stillstandszeiten durch defekte Leitungen oder Leitungspakete durch deren zeitintensiven Austausch. Des Weiteren können Drehbewegungen realisiert werden, die bisher nur mit erheblichem Verschleiß an den eingesetzten Komponenten möglich waren.
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Das erfindungsgemäße System zeichnet sich durch die Einbeziehung in die Arbeitsmaschinensteuerung bzw. Robotersteuerung und der damit verbundenen aktiven Arbeitsweise aus.
