DE102014020110B4 - Device for guiding at least one line of an articulated arm robot and articulated arm robot - Google Patents

Abstract

Vorrichtung (10) zum Führen und Zurückstellen mindestens einer flexiblen Leitung eines Gelenkarmroboters (1), die eine Rückstellmechanik (10A) mit zumindest einem Rückstellelement (15, 16) zur Ausübung einer Rückstellkraft auf die Leitung sowie ein Befestigungselement (14) zur Befestigung der Leitung aufweist, wobei die Rückstellmechanik (10A) an einer Montageeinheit (1 0B) zur Montage am Gelenkarmroboter (1) befestigt ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Montageeinheit (10B) ein Montageelement (40) zur Fixierung am Gelenkarmroboter (1) sowie ein Drehgelenk (42) aufweist, an dem ein Basiselement (11) der Rückstellmechanik (10A) befestigt ist, derart, dass die Rückstellmechanik (10A) um eine durch das Drehgelenk (42) definierte Drehachse verschwenkbar ist, so dass durch die drehbare Anordnung die Rückstellmechanik (10A) in verschiedenen Montagepositionen relativ zum Gelenkarmroboter (1) angeordnet werden kann.Device (10) for guiding and resetting at least one flexible line of an articulated arm robot (1), which has a reset mechanism (10A) with at least one reset element (15, 16) for exerting a reset force on the line and a fastening element (14) for fastening the line, wherein the reset mechanism (10A) is fastened to a mounting unit (10B) for mounting on the articulated arm robot (1), characterized in that the mounting unit (10B) has a mounting element (40) for fixing to the articulated arm robot (1) and a rotary joint (42) to which a base element (11) of the reset mechanism (10A) is fastened, such that the reset mechanism (10A) can be pivoted about an axis of rotation defined by the rotary joint (42), so that the rotatable arrangement enables the reset mechanism (10A) to be arranged in different mounting positions relative to the articulated arm robot (1).

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Führen und Zurückstellen von zumindest einer Leitung eines Gelenkarmroboters, insbesondere zur Führung eines Schlauchpaketes eines Medizin- oder Industrieroboters mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1. Die Erfindung betrifft weiterhin einen Gelenkarmroboter mit einer solchen Vorrichtung.The invention relates to a device for guiding and resetting at least one line of an articulated arm robot, in particular for guiding a hose package of a medical or industrial robot with the features of the preamble of claim 1. The invention further relates to an articulated arm robot with such a device.

Eine solche Vorrichtung ist aus der DE 20 2011 004 786 U1 zu entnehmen. Die Vorrichtung weist eine drehbar gelagerte Umlenkrolle auf, um die die Leitung geführt ist.Such a device is known from the DE 20 2011 004 786 U1 The device has a rotatably mounted pulley around which the cable is guided.

Eine weitere Vorrichtung ist beispielsweise zu entnehmen aus EP 1 848 571 B1 .Another device can be seen, for example, in EP 1 848 571 B1 .

Bei den heute üblicherweise eingesetzten mehrachsigen Industrierobotern werden dem vordersten, auch als Roboterhand bezeichneten Roboterarm mehrere Einzelleitungen zur Versorgung eines an der Roboterhand angeordneten Werkzeugs, beispielsweise ein Schweißwerkzeug, zugeführt. Die Einzelleitungen sind beispielsweise elektrische Versorgungskabel, elektrische Steuerkabel, Datenkabel sowie Medienführungen für Gase oder Flüssigkeiten. Diese Einzelleitungen werden in einem so genannten Schlauchpaket zusammengefasst und sind in einem schlauchförmigen Schutzmantel gehalten. Ein derartiges Schlauchpaket ist zum einen wegen der Relativbewegungen der Roboterarme zueinander und insbesondere auch wegen der oftmals widrigen Umgebungsbedingungen (hohe Temperaturen, aggressive Medien, wie Schweißspritzer, etc.) hohen Belastungen ausgesetzt.In the multi-axis industrial robots commonly used today, several individual cables are fed to the frontmost robot arm, also known as the robot hand, to supply a tool attached to the robot hand, such as a welding tool. The individual cables are, for example, electrical supply cables, electrical control cables, data cables and media guides for gases or liquids. These individual cables are combined in a so-called hose package and are held in a hose-shaped protective sheath. Such a hose package is exposed to high loads on the one hand due to the relative movements of the robot arms to one another and in particular due to the often adverse environmental conditions (high temperatures, aggressive media such as welding spatter, etc.).

Um eine zuverlässige Führung des Schlauchpakets zu ermöglichen, wird üblicherweise eine Leitungsführungseinrichtung eingesetzt, welche derart beschaffen ist, dass eine Ausgleichsbewegung des Schlauchpakets bei einer Relativbewegung zwischen zwei Roboterarmen ermöglicht ist. Eine Leitungsführungseinrichtung bei einem Industrieroboter ist beispielsweise aus der DE 201 13 742 U1 zu entnehmen.In order to enable reliable guidance of the hose package, a cable guide device is usually used which is designed in such a way that a compensating movement of the hose package is possible during a relative movement between two robot arms. A cable guide device in an industrial robot is known, for example, from the DE 201 13 742 U1 refer to.

In der EP 1 848 571 B1 ist eine Vorrichtung beschrieben, welche eine Führungseinheit sowie ein Schieberelement aufweist, welches relativ zu der Führungseinheit an dieser mittels Stangen zwischen einer ersten und einer zweiten Position längsverschieblich gelagert ist. Weiterhin ist eine als Schraubenfeder ausgebildete elastische Rückstelleinheit vorgesehen, welche eine elastische Rückstellkraft auf das Schieberelement ausübt.In the EP 1 848 571 B1 A device is described which has a guide unit and a slide element which is mounted on the guide unit so that it can be displaced longitudinally between a first and a second position by means of rods. Furthermore, an elastic return unit designed as a helical spring is provided which exerts an elastic return force on the slide element.

Bei derartigen Vorrichtungen wird häufig aus Platzgründen eine möglichst kleinbauende Ausgestaltung angestrebt, gleichzeitig sollen jedoch möglichst große Ausgleichslängen verwirklicht werden. Um diese zunächst gegenläufigen Anforderungen zu verwirklichen, ist beispielsweise aus der WO2009/068239 A1 oder der WO2005/123350 A1 jeweils eine Vorrichtung zu entnehmen, bei der das gesamte Schlauchpaket innerhalb der Vorrichtung umgelenkt wird.For such devices, the aim is often to make them as small as possible for reasons of space, but at the same time the compensation lengths should be as long as possible. In order to meet these initially contradictory requirements, for example, WO2009/068239 A1 or the WO2005/123350 A1 to remove one device at a time in which the entire hose package is redirected within the device.

Bei kleinbauenden Vorrichtungen besteht weiterhin das Problem, dass eine ausreichend hohe Rückstellkraft insbesondere auch in der eingefahrenen Endposition ausgeübt werden muss, um ein sicheres Zurückholen des Schlauchpaktes in diese eingefahrene Endposition zu gewährleisten. Dies bedeutet, dass die elastische Rückstelleinheit mit einer vergleichsweise großen Vorspannung eingestellt werden muss, welche die Rückstellkraft an der eingefahrenen Position bestimmt. Die elastischen Rückstelleinheiten, wie beispielsweise Schraubenfedern, unterliegen dabei typischerweise dem Hookeschen Gesetz, die Rückstellkraft steigt daher linear mit dem Weg. Bei kurzen Baulängen und einer erforderlichen hohen Rückstellkraft in der eingefahrenen Position bedeutet dies, dass eine vergleichsweise hohe Federhärte erforderlich ist, was dazu führt, dass die Kraft beim Ausfahren in unerwünschter Weise sehr stark zunimmt.With small devices, there is still the problem that a sufficiently high restoring force must be exerted, especially in the retracted end position, in order to ensure that the hose package is safely returned to this retracted end position. This means that the elastic restoring unit must be set with a comparatively large preload, which determines the restoring force in the retracted position. The elastic restoring units, such as coil springs, are typically subject to Hooke's law, so the restoring force increases linearly with the distance. With short installation lengths and a required high restoring force in the retracted position, this means that a comparatively high spring hardness is required, which means that the force increases very sharply when extending in an undesirable way.

Derartige Gelenkarmroboter werden neben einem Einsatz in industriellen Produktionsanlagen insbesondere auch als sogenannte Medizinroboter in medizinischen Anwendungen eingesetzt. Insbesondere werden sie hierbei für Diagnose- oder Therapieanwendungen eingesetzt. Hierzu ist üblicherweise am Gelenkarmroboter, insbesondere an dessen Roboterhand ein medizinisches Gerät angeordnet. Bei diesem kann es sich beispielsweise um einen Patiententisch handeln und über den Gelenkarmroboter wird der Patient in eine gewünschte Diagnose- oder Behandlungsposition verfahren. Alternativ ist das medizinische Gerät selbst als Diagnose- oder Therapieeinheit ausgebildet und umfasst hierzu üblicherweise eine insbesondere bogenförmige Trägereinheit, an der an gegenüberliegenden Positionen eine Strahlungsquelle und ein Detektor angeordnet sind. Bei derartigen Medizinrobotern, insbesondere mit bildgebenden Detektoreinheiten, besteht zum Einen die Anforderung einer höchstgenauen Positionierung. Zum Anderen ist erforderlich, dass beispielsweise während einer Bildaufnahme die relative Position zwischen Strahlungsquelle und Detektor möglichst vibrationsfrei beibehalten wird, um geeignete qualitativ hochwertige Diagnosebilder zu ermöglichen.In addition to being used in industrial production plants, such articulated arm robots are also used as so-called medical robots in medical applications. In particular, they are used for diagnostic or therapeutic applications. For this purpose, a medical device is usually arranged on the articulated arm robot, in particular on its robot hand. This can be a patient table, for example, and the patient is moved to a desired diagnostic or treatment position via the articulated arm robot. Alternatively, the medical device itself is designed as a diagnostic or therapeutic unit and usually comprises a carrier unit, in particular an arcuate one, on which a radiation source and a detector are arranged at opposite positions. With such medical robots, in particular with imaging detector units, there is on the one hand the requirement for extremely precise positioning. On the other hand, it is necessary that, for example, during an image acquisition, the relative position between the radiation source and the detector is maintained as vibration-free as possible in order to enable suitable, high-quality diagnostic images.

Aus der DE 20 2012 004 601 U1 ist ein Roboter mit einer Kabelführungsanordnung für medizinische Geräte zu entnehmen.From the DE 20 2012 004 601 U1 A robot with a cable routing arrangement for medical devices can be removed.

Ausgehend hiervon liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte Vorrichtung zur Führung von zumindest einer Leitung eines Gelenkarmroboters, insbesondere eines Schlauchpakets sowie einen solchen Gelenkarmroboter, insbesondere Medizinroboter, anzugeben.Proceeding from this, the invention is based on the object of specifying an improved device for guiding at least one line of an articulated arm robot, in particular a hose package, as well as such an articulated arm robot, in particular a medical robot.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1.The object is achieved according to the invention by a device having the features of claim 1.

Die Vorrichtung zum Führen und Zurückstellung mindestens einer flexiblen Leitung, insbesondere eines Schlauchpakets umfasst hierzu eine Rückstellmechanik, die zumindest ein Rückstellelement zur Ausübung einer Rückstellkraft auf die Leitung sowie ein Befestigungselement zur Befestigung der Leitung an der Vorrichtung aufweist. Über das Rückstellelement wird allgemein die Leitung aus einer ausgefahrenen ersten Position in eine zweite eingefahrene Position versetzt. Die Rückstellmechanik weist nunmehr mehrere Segmente auf, nämlich ein Basissegment, über das die Vorrichtung am Roboter befestigt wird, welches also relativ zum Roboter bei einer Bewegung des Schlauchpakets in einer Auszugsrichtung ortsfest am Roboter gehalten ist.The device for guiding and resetting at least one flexible line, in particular a hose package, comprises a reset mechanism which has at least one reset element for exerting a reset force on the line and a fastening element for fastening the line to the device. The reset element generally moves the line from an extended first position to a second retracted position. The reset mechanism now has several segments, namely a base segment via which the device is attached to the robot, which is therefore held stationary on the robot relative to the robot when the hose package moves in an extension direction.

Erfindungsgemäß ist die Rückstellmechanik an einer Montageeinheit befestigt, wobei über die Montageeinheit die Rückstellmechanik am Gelenkarmroboter im Betrieb befestigt ist. Insbesondere ist die Rückstellmechanik dabei typischerweise im Bereich der sogenannten Achse 3 auf einem Roboterarm befestigt. Die Montageeinheit weist zum Einen ein Montageelement zur Fixierung am Gelenkarmroboter sowie weiterhin ein Drehgelenk auf, an dem das Basiselement der Rückstellmechanik befestigt ist und zwar derart, dass die Rückstellmechanik bei erfolgter Befestigung des Montageelements am Gelenkarmroboter um eine durch das Drehgelenk definierte Drehachse verschwenkbar ist.According to the invention, the reset mechanism is attached to a mounting unit, whereby the reset mechanism is attached to the articulated arm robot during operation via the mounting unit. In particular, the reset mechanism is typically attached to a robot arm in the area of the so-called axis 3. The mounting unit has a mounting element for fixing to the articulated arm robot and also a swivel joint to which the base element of the reset mechanism is attached in such a way that the reset mechanism can be pivoted about an axis of rotation defined by the swivel joint when the mounting element is attached to the articulated arm robot.

In bevorzugter Ausgestaltung ist die Montageeinheit zusätzlich oder alternativ derart ausgebildet, dass eine Verkippung der Rückstellmechanik um eine Achse quer zur Auszugsrichtung ermöglicht ist. Insbesondere kann dadurch die gesamte Rückstellmechanik in verschiedenen Winkeln in Bezug zum Roboterarm fixiert werden, insbesondere auch auf den Roboterarm zu geneigt, so dass beim Ausziehen der Teleskopsegmente diese in Richtung auf den Roboterarm zu verlaufen.In a preferred embodiment, the assembly unit is additionally or alternatively designed in such a way that a tilting of the return mechanism about an axis transverse to the extension direction is possible. In particular, the entire return mechanism can be fixed at different angles in relation to the robot arm, in particular also inclined towards the robot arm, so that when the telescopic segments are extended, they run in the direction of the robot arm.

Insbesondere bei medizinischen Anwendungen, beispielsweise bei Anwendungen mit sogenannten C-Bogenarmen, hat sich gezeigt, dass bei ungünstigen Positionierungen die Vorrichtung evtl. mit dem C-Bogen kollidieren könnte bzw. dass die Bewegungsfreiheit des C-Bogens durch die Vorrichtung begrenzt ist. Durch die Montageeinheit wird nunmehr die Möglichkeit geschaffen, durch die drehbare Anordnung die Rückstellmechanik in verschiedenen Montagepositionen relativ zum Roboterarm anzuordnen, beispielsweise die Rückstellmechanik aus einer Position oben auf dem Roboterarm in eine Position seitlich am Roboterarm zu verschwenken. Durch die Verschwenkbarkeit bei montierter Vorrichtung kann daher in Abhängigkeit der jeweiligen Einbausituation eine möglichst optimale Positionierung der Rückstellmechanik relativ zum Roboter eingestellt werden. Particularly in medical applications, for example in applications with so-called C-arm arms, it has been shown that if the device is positioned unfavorably, it could collide with the C-arm or that the freedom of movement of the C-arm is limited by the device. The mounting unit now makes it possible to arrange the reset mechanism in different mounting positions relative to the robot arm thanks to the rotatable arrangement, for example to pivot the reset mechanism from a position on top of the robot arm to a position on the side of the robot arm. The pivotability when the device is mounted means that the best possible positioning of the reset mechanism relative to the robot can be set depending on the respective installation situation.

Zweckdienlicherweise ist daher die Drehachse parallel zu der Auszugsrichtung der Rückstellmechanik orientiert. Zur Verkippung relativ zum Roboterarm ist die Drehachse alternativ quer zur Auszugsrichtung gerichtet oder es ist eine zusätzliche Drehachse ausgebildet, so dass eine Verkippung in zwei Richtungen ermöglicht ist. Alternativ zu der Drehachse quer zur Ausgangsrichtung weist die Montageeinheit ein spezielles Montageelement auf, welches die Positionierung der Rückstellmechanik in der gewünschten verkippten Position ermöglicht. Dies ist beispielsweise ein Keilelement.The rotation axis is therefore expediently oriented parallel to the extension direction of the return mechanism. For tilting relative to the robot arm, the rotation axis is alternatively directed transversely to the extension direction or an additional rotation axis is formed so that tilting in two directions is possible. As an alternative to the rotation axis transversely to the starting direction, the assembly unit has a special assembly element which enables the return mechanism to be positioned in the desired tilted position. This is, for example, a wedge element.

Weiterhin ist das Basiselement der Rückstellmechanik relativ zum Montageelement der Montageeinheit über ein Arretierelement in mehreren Drehstellungen reversibel feststellbar. Hierdurch wird eben ermöglicht, dass in der jeweiligen gewünschten Position und Drehstellung der Rückstellmechanik ein Betrieb des Gelenkarmroboters mit der Rückstellmechanik ermöglicht ist. Bei den verschiedenen Drehstellungen handelt es sich wahlweise um diskrete Drehstellungen oder auch um freiwählbare Drehstellungen. Die Arretierung erfolgt dabei vorzugsweise über einen Feststell- oder Klemmmechanismus beispielsweise mit Hilfe von Feststellschrauben.Furthermore, the base element of the reset mechanism can be reversibly locked in several rotational positions relative to the assembly element of the assembly unit using a locking element. This makes it possible for the articulated arm robot to be operated with the reset mechanism in the respective desired position and rotational position of the reset mechanism. The various rotational positions are either discrete rotational positions or freely selectable rotational positions. The locking is preferably carried out using a locking or clamping mechanism, for example using locking screws.

In bevorzugter Weiterbildung ist zumindest ein Auszugselement angeordnet, welches relativ zum Basissegment teleskopierbar in Auszugsrichtung zwischen der ersten ausgefahrenen Position und der zweiten eingefahrenen Position befestigt ist.In a preferred development, at least one extension element is arranged, which is attached telescopically relative to the base segment in the extension direction between the first extended position and the second retracted position.

Durch die teleskopartige Ausgestaltung mehrerer Segmente wird in besonders vorteilhafter Weise der Platzbedarf der Vorrichtung für die zweite eingefahrene Position gering gehalten. Gleichzeitig ist eine zuverlässige Führung des Schlauchpakets gewährleistet.The telescopic design of several segments is particularly advantageous in keeping the space required by the device for the second retracted position to a minimum. At the same time, reliable guidance of the hose package is ensured.

In einer besonders zweckdienlichen Ausgestaltung sind dabei zumindest zwei Auszugssegmente angeordnet, die sowohl relativ zueinander als auch relativ zum Basissegment teleskopierbar zwischen den beiden Positionen angeordnet sind. Die Vorrichtung ist daher mehrfach teleskopierbar, weist also mehrere Teleskoparme auf, so dass zum Einen bei einer vergleichsweise großen Auszugslänge ein sehr kompaktes Baumaß erreicht wird.In a particularly useful embodiment, at least two extension segments are arranged, which are arranged so as to be telescopic between the two positions both relative to each other and relative to the base segment. The device is therefore telescopic in several ways, i.e. has several telescopic arms, so that A very compact design is achieved with a comparatively large extension length.

Darüber hinaus bietet dieses Ausgestaltung den besonderen Vorteil, dass - bei der Verwendung von elastischen Rückstellelementen mit definierter Federhärte - durch geeignete Kombination von mehreren elastischen Rückstellelementen eine geeignete resultierende elastische Rückstellkraft eingestellt werden kann, welche zum Einen in der eingefahrenen Position eine ausreichende Rückstellkraft ausübt und zum Anderen auch in der ausgefahrenen Position keine zu hohe unerwünschte Rückstellkraft ausübt.In addition, this design offers the particular advantage that - when using elastic return elements with a defined spring hardness - a suitable resulting elastic return force can be set by a suitable combination of several elastic return elements, which on the one hand exerts a sufficient return force in the retracted position and on the other hand does not exert an excessively high undesirable return force in the extended position.

Zweckdienlicherweise ist das Rückstellelement dabei als ein elastisches Federelement, beispielsweise eine Schraubenfeder oder ein elastisches Seil oder Band ausgebildet.The return element is expediently designed as an elastic spring element, for example a coil spring or an elastic rope or band.

In besonders zweckdienlicher Weise umfasst die Rückstellmechanik mehrere in Reihe angeordnete Rückstellelemente, insbesondere elastische Rückstellelemente. Dabei ist vorzugsweise vorgesehen, dass zumindest ein Rückstellelement zwei aufeinander folgende Segmente miteinander verbindet. Die mehreren Rückstellelemente sind daher in Reihe derart angeordnet, dass ein jeweiliges Rückstellelement jeweils ein Segment-Paar miteinander koppelt. D.h. das eine Ende des Rückstellelements ist an dem einen Segment und das andere Ende an dem anderen Segment angeordnet. Hierdurch wird in besonders effizienter Weise erreicht, dass die Länge einer jeweiligen Feder gering gehalten ist, da eine jede Feder nur einer reduzierten Auszugslänge des jeweiligen Auszugssegments folgen muss. Dadurch wird - im Vergleich bei der Anordnung nur einer einzigen Feder, eine unerwünscht hohe Variation der Rückstellkraft über die Auszugslänge vermieden.In a particularly expedient manner, the reset mechanism comprises a plurality of reset elements arranged in series, in particular elastic reset elements. It is preferably provided that at least one reset element connects two consecutive segments to one another. The plurality of reset elements are therefore arranged in series in such a way that a respective reset element couples a pair of segments to one another. This means that one end of the reset element is arranged on one segment and the other end on the other segment. This ensures in a particularly efficient manner that the length of each spring is kept small, since each spring only has to follow a reduced extension length of the respective extension segment. This avoids an undesirably high variation in the reset force over the extension length, compared to the arrangement of only a single spring.

Die Federhärten der in Reihe geschalteten Rückstellelemente sind in einer ersten Variante gleich. Bevorzugt jedoch unterschiedlich, um beispielsweise ein definiertes Ein- und Ausfahren der Segmente in einer gewünschten Reihenfolge zu gewährleisten.In a first variant, the spring hardness of the return elements connected in series is the same. However, it is preferable that they are different in order to ensure, for example, that the segments extend and retract in a defined manner in a desired sequence.

In bevorzugter Ausgestaltung ist zumindest ein Dämpfungselement zwischen zwei Segmenten wirksam, um beim Ausziehen oder Einfahren der Segmente in eine Endposition ein die Bewegung zu dämpfen, um ein abruptes Stoppen sowie ein hartes Anschlagen der einzelnen Segmente zu verhindern. Bei der Verwendung beispielsweise von elastischen Rückstellelementen tritt nämlich teilweise das Problem auf, dass beim Einfahren in die vollständig eingefahrene oder auch vollständig ausgefahrene Position Stoppkräfte in die Vorrichtung eingeleitet und auf das Schlauchpaket und die darin befindlichen Leitungen und Kabel übertragen werden, die zu unerwünschten Vibrationen führen können, die zum Beispiel die Daten- oder Bildübertragung negativ beeinflussen können. In diesen Endpositionen sind daher zweckdienlicherweise Dämpfungselemente, beispielsweise Stoßdämpfer oder Federelemente angeordnet, die ein ruckfreies, weiches Abbremsen der Bewegung gewährleisten. Hierdurch wird insbesondere bei medizinischen bildgebenden Systemen eine hohe Bildqualität gewährleistet.In a preferred embodiment, at least one damping element is effective between two segments to dampen the movement when the segments are pulled out or retracted into an end position in order to prevent an abrupt stop and a hard impact of the individual segments. When using elastic return elements, for example, the problem sometimes arises that when moving into the fully retracted or fully extended position, stopping forces are introduced into the device and transferred to the hose package and the lines and cables located therein, which can lead to unwanted vibrations that can, for example, negatively affect data or image transmission. Damping elements, such as shock absorbers or spring elements, are therefore expediently arranged in these end positions to ensure smooth, jerk-free braking of the movement. This ensures high image quality, particularly in medical imaging systems.

In alternativer Ausgestaltung zu dem elastischen Rückstellelement umfasst die Rückstellmechanik als Rückstellelement zumindest einen Stellmotor. Dieser ist vorzugsweise als Elektromotor, insbesondere Schrittmotor ausgebildet. Alternativ hierzu besteht aber auch die Möglichkeit des Einsatzes von fluidgesteuerten Aktoren. Der zumindest eine Stellmotor ist dabei über einen Stellmechanismus, beispielsweise ein Seilmechanismus oder ein Zahnradmechanismus mit Zahnstange mit zumindest einem der Elemente verbunden.In an alternative embodiment to the elastic return element, the return mechanism comprises at least one servomotor as a return element. This is preferably designed as an electric motor, in particular a stepper motor. Alternatively, however, it is also possible to use fluid-controlled actuators. The at least one servomotor is connected to at least one of the elements via a positioning mechanism, for example a cable mechanism or a gear mechanism with a rack.

Mit einem derartigen Stellmotor ist insbesondere bei dem Einsatz als medizinischer Roboter der besondere Vorteil verbunden, dass die Führung des Schlauchpakets rückstoß- und rückwirkungsfrei vorgenommen werden kann. Hierunter wird verstanden, dass die Führung und Zurückführung des Schlauchpakets keine störenden Einflüsse beispielsweise durch Vibrationen auf die Positionierung eines medizinischen Geräts an der Roboterhand zeigt.Such a servomotor has the particular advantage, particularly when used as a medical robot, that the hose package can be guided without recoil or reaction. This means that the guidance and return of the hose package does not have any disruptive influences, for example through vibrations, on the positioning of a medical device on the robot hand.

Während bei den elastischen Rückstellelementen die Zurückholung und Ausübung der Rückstellkraft aufgrund der Elastizität automatisch und damit passiv erfolgt, ist vorzugsweise bei dem Einsatz eines Stellmotors eine aktive Ansteuerung vorgesehen, über die die Position des Schlauchpakets zwischen der eingezogenen und der ausgefahrenen Position aktiv gesteuert wird. Zweckdienlicherweise ist dabei eine Steuereinheit vorgesehen, die in Abhängigkeit einer aktuellen Ansteuerung des Gelenkarmroboters den oder die Stellmotoren steuert. Insbesondere wird dabei die Position des Schlauchpakets zwischen der ausgefahrenen und der eingefahrenen Position in Abhängigkeit einer jeweiligen Position der Roboterhand gesteuert. Es wird also anhand der aktuellen Position der Roboterhand berechnet, welche Auszugslänge für diese aktuelle Position erforderlich ist. Diese wird dann über die Steuereinheit und der entsprechenden Ansteuerung des Stellmotors eingestellt.While with the elastic return elements the retrieval and application of the return force takes place automatically and therefore passively due to the elasticity, active control is preferably provided when using a servomotor, via which the position of the hose package between the retracted and extended position is actively controlled. A control unit is expediently provided here which controls the servomotor(s) depending on the current control of the articulated arm robot. In particular, the position of the hose package between the extended and retracted position is controlled depending on the respective position of the robot hand. The current position of the robot hand is used to calculate which extension length is required for this current position. This is then set via the control unit and the corresponding control of the servomotor.

Zweckdienlicherweise ist die Vorrichtung derart ausgebildet, dass bei der Variante mit zumindest drei Segmenten diese Segmente definiert relativ zueinander verfahren, insbesondere sukzessive. Beim sukzessiven Einfahren oder Ausfahren wird daher zweckdienlicherweise zunächst ein erstes Segment verfahren und erst wenn dieses vorher definierte Position erreicht hat, verfährt das weitere Segment. Beim Ausfahren wird dabei vorzugsweise zunächst das dem Basissegment benachbarte Segment ausgefahren und erst anschließend das danach folgende Segment.The device is expediently designed in such a way that in the variant with at least three segments, these segments move in a defined manner relative to one another, in particular successively. When retracting or extending successively, a first segment is therefore expediently moved first and only when this has been defined beforehand Once the system has reached the desired position, the next segment moves. When extending, the segment adjacent to the base segment is preferably extended first, followed by the segment following it.

Hierzu sind elastische Rückstellelemente mit unterschiedlichen Federhärten oder mehrere Stellmotoren vorgesehen, die entsprechend angesteuert werden. Auch eine Kombination eines Stellmotors zum Ausfahren eines ersten Segment-Paares mit einem zwischen einem zweiten Segment-Paar wirksamen elastischen Rückstellelement (Feder) ist als Variante vorgesehen. Eine Hauptbewegung (zwischen Basissegement und erstem Auszugssegment) wird dabei vorzugsweise vom Stellmotor ausgeübt.For this purpose, elastic return elements with different spring hardnesses or several servomotors are provided, which are controlled accordingly. A combination of a servomotor for extending a first pair of segments with an elastic return element (spring) acting between a second pair of segments is also provided as a variant. A main movement (between the base segment and the first extension segment) is preferably carried out by the servomotor.

Um die teleskopischen Segmente bei ihrem Verfahrweg zuverlässig zu führen, ist vorzugsweise jedes der Segmente mit mindestens einem benachbarten Segment durch eine Einheit aus Führung und Schieberelement verbunden werden, die eine relative Verschiebung zwischen den Segmenten gemäß einem durch die Führung definierten Weg ermöglicht.In order to reliably guide the telescopic segments during their travel path, each of the segments is preferably connected to at least one adjacent segment by a unit consisting of a guide and a slide element, which enables a relative displacement between the segments according to a path defined by the guide.

Die Segmente sind gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung gekrümmt, um einen ebenfalls gekrümmten Weg zwischen der ersten und der zweiten Position zu folgen. Hierdurch ist es dem Befestigungselement ermöglicht, der Bewegung der flexiblen Leitung über einen größeren Bewegungsbereich des Gelenkroboters bei geringem Platzbedarf zu folgen.According to an advantageous embodiment, the segments are curved in order to follow a path that is also curved between the first and the second position. This enables the fastening element to follow the movement of the flexible line over a larger range of motion of the articulated robot while requiring little space.

Um eine Torsion der flexiblen Leitung zu verhindern und auch um zu verhindern, dass Bewegungen des Gelenkroboters gestört werden, ist das Befestigungselement dreh- oder kippbeweglich angeordnet. Dadurch ist beispielsweise eine Rotation der flexiblen Leitung um eine Längsachse parallel und / oder senkrecht zur Auszugsrichtung ermöglicht. Um die Biegekräfte zu begrenzen, umfasst das Befestigungselement bevorzugt ein Gelenk, insbesondere ein Kugelgelenk, das eine Neigung der flexiblen Leitung in Bezug auf das Schieberelement beispielsweise seitlich zur oder auch in Richtung der Auszugsrichtung ermöglicht. Bevorzugt ist eine Arretierung des Befestigungselements in einer definierten, verkippten oder verdrehten Position erlaubt.In order to prevent the flexible line from torsion and also to prevent movements of the articulated robot from being disrupted, the fastening element is arranged so that it can rotate or tilt. This enables, for example, rotation of the flexible line about a longitudinal axis parallel and/or perpendicular to the extension direction. In order to limit the bending forces, the fastening element preferably comprises a joint, in particular a ball joint, which enables the flexible line to be inclined in relation to the slide element, for example laterally to or in the direction of the extension direction. The fastening element can preferably be locked in a defined, tilted or twisted position.

Das Befestigungselement ist bevorzugt als Befestigungsschelle mit insbesondere zwei Schellenhälften ausgebildet.The fastening element is preferably designed as a fastening clamp with in particular two clamp halves.

Die Aufgabe wird gemäß der Erfindung weiterhin gelöst durch einen Gelenkarmroboter mit den Merkmalen des Anspruchs 16, an dem eine derartige Vorrichtung befestigt ist. Über die Vorrichtung wird daher bei einer Bewegung einer Roboterhand, an der ein über das Schlauchpaket versorgte Einheit befestigt ist, eine Führung und ein Zurückstellen der zumindest einen Leitung, insbesondere des Schlauchpakets reicht.The object is further achieved according to the invention by an articulated arm robot with the features of claim 16, to which such a device is attached. The device therefore guides and resets at least one line, in particular the hose package, when a robot hand, to which a unit supplied via the hose package is attached, moves.

Zweckdienlicherweise handelt es sich dabei um einen als Medizinroboter ausgebildeten Gelenkarmroboter, welcher an einer Roboterhand ein medizinisches Gerät trägt. Bei diesem handelt es sich dabei vorzugsweise um einen insbesondere bogenförmigen Träger, beispielsweise einen sogenannten C-Bogen, an dessen gegenüberliegenden Enden ein Detektor sowie eine Strahlungsquelle positioniert sind. Insbesondere handelt es sich hierbei um einen Röntgendetektor und eine Röntgenstrahlungsquelle. Der Detektor dient dabei zur medizinischen Bildgebung.This is expediently an articulated arm robot designed as a medical robot, which carries a medical device on a robot hand. This is preferably a particularly curved carrier, for example a so-called C-arm, at the opposite ends of which a detector and a radiation source are positioned. In particular, this is an X-ray detector and an X-ray source. The detector is used for medical imaging.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand der Figuren näher erläutert. Diese zeigen:

• 1A in schematischer Darstellung einen Industrieroboter mit einer Vorrichtung zur Führung eines Schlauchpakets, wobei sich das Schlauchpaket in einer zurückgefahrenen Ausgangsposition befindet,
• 1B eine schematische Darstellung des Industrieroboters gemäß 1A, wobei sich das Schlauchpaket in einer vollständig ausgefahrenen Position befindet,
• 2A eine perspektivische Darstellung einer Vorrichtung zur Führung eines Schlauchpakts gemäß einer ersten Ausführungsvariante in einer ausgefahrenen Position,
• 2B eine perspektivische Darstellung der Vorrichtung nach 2A in einer zurückgefahrenen Ausgansposition,
• 3 eine ausschnittsweise Querschnittsansicht der Vorrichtung gemäß den 2A und 2B
• 4 eine schematische Ansicht einer Führungs-Schieber-Einheit der Vorrichtung aus den 2A und 2B
• 5A, 5B schematische Ansichten einer Vorrichtung zum Führen und Zurückstellen gemäß einer zweiten Ausführungsform in jeweils ihrer ausgefahrenen Position und ihrer zurückgefahrenen Position, sowie
• 6 eine stark vereinfachte Rückansicht auf einen Gelenkarmroboter mit einer um ein Drehgelenk verschwenkbaren Rückstellmechanik.

Embodiments of the invention are explained in more detail below with reference to the figures. These show:

• 1A in schematic representation an industrial robot with a device for guiding a hose package, wherein the hose package is in a retracted starting position,
• 1B a schematic representation of the industrial robot according to 1A , with the hose package in a fully extended position,
• 2A a perspective view of a device for guiding a hose package according to a first embodiment in an extended position,
• 2 B a perspective view of the device according to 2A in a retracted starting position,
• 3 a partial cross-sectional view of the device according to the 2A and 2 B
• 4 a schematic view of a guide-slider unit of the device from the 2A and 2 B
• 5A , 5B schematic views of a device for guiding and resetting according to a second embodiment in its extended position and its retracted position, respectively, and
• 6 a highly simplified rear view of an articulated arm robot with a return mechanism that can be pivoted about a swivel joint.

In den Figuren sind gleichwirkende Teile mit den gleichen Bezugszeichen versehen.In the figures, parts with the same function are provided with the same reference symbols.

In den 1A, 1B ist ein Gelenkarmroboter in zwei unterschiedlichen Positionen dargestellt. Bei diesem Gelenkarmroboter 1 handelt es sich beispielsweise um einen mehrachsigen Industrieroboter, insbesondere um einen sechsachsigen Industrieroboter oder auch um einen Medizinroboter. Dieser weist eine Basis 8, ein erstes auch als Schwinge 4 bezeichnetes Segment auf, welche mit der Basis 8 über eine erste Gelenkverbindung R1 verbunden ist. Um diese erste Gelenkverbindung R1 ist die Schwinge 4 um eine horizontale Achse verschwenkbar. Ergänzend ist die Schwinge 4 üblicherweise um eine vertikale Achse relativ zur Basis 8 verschwenkbar. Die Schwinge 4 erstreckt sich in etwa in vertikaler Richtung nach oben. An einer zweiten Gelenkverbindung R2 ist ein zweites Segment, allgemein als Roboterarm 2 bezeichnet, um eine so genannte „Achse 3“ schwenkbeweglich mit der Schwinge 4 verbunden. Schließlich ist als drittes Segment eine Roboterhand 3 über eine dritte Gelenkverbindung R3 mit dem zweiten Segment 2 verbunden. An der Roboterhand 3 ist schließlich ein Bearbeitungswerkzeug 6, wie beispielsweise eine Schweißzange etc. angebracht. Im Falle eines Medizinroboters ist an der Roboterhand 3 ein medizinisches Gerät befestigt, beispielsweise eine Patientenliege und insbesondere ein Tragarm, beispielsweise ein sogenannter C-Bogen, an welchem üblicherweise ein (Röntgen-)Strahler sowie gegenüberliegend ein Detektor angebracht ist. Ein derartiger Roboter 1 weist insgesamt sechs unterschiedliche Bewegungsfreiheitsgrade auf.In the 1A , 1B An articulated arm robot is shown in two different positions. This articulated arm robot 1 is for example a multi-axis industrial robot, in particular a six-axis industrial robot or also a medical robot. This has a base 8, a first segment, also referred to as a swing arm 4, which is connected to the base 8 via a first articulated connection R1. The swing arm 4 can pivot about a horizontal axis about this first articulated connection R1. In addition, the swing arm 4 can usually be pivoted about a vertical axis relative to the base 8. The swing arm 4 extends approximately vertically upwards. At a second articulated connection R2, a second segment, generally referred to as a robot arm 2, is connected to the swing arm 4 so that it can pivot about a so-called “axis 3”. Finally, as a third segment, a robot hand 3 is connected to the second segment 2 via a third articulated connection R3. Finally, a processing tool 6, such as a welding tongs, etc., is attached to the robot hand 3. In the case of a medical robot, a medical device is attached to the robot hand 3, for example a patient bed and in particular a support arm, for example a so-called C-arm, to which an (X-ray) emitter and a detector are usually attached opposite. Such a robot 1 has a total of six different degrees of freedom of movement.

Zur Versorgung des Bearbeitungswerkzeugs 6 mit Elektrizität und/oder Fluiden und/oder Datensignalen weist der Industrieroboter 1 ein Versorgungsleitungspaket 7 auf, welches am Roboterarm 2 entlanggeführt und von dort mit der Basis 8 verbunden ist. Im Bereich des Roboterarms 2 ist das Versorgungsleitungspaket 7 in einem Schutzschlauch geführt. Das Versorgungsleitungspaket 7 gemeinsam mit dem Schutzschlauch wird nachfolgend auch als Schlauchpaket 9 bezeichnet. Häufig ist im Bereich der zweiten Gelenkverbindung R2 eine Trennstelle für das Versorgungsleitungspaket 7 angeordnet und das Schlauchpaket 9 ist als austauschbare Verschleißeinheit bis zu dieser Trennstelle geführt.To supply the processing tool 6 with electricity and/or fluids and/or data signals, the industrial robot 1 has a supply line package 7 which is guided along the robot arm 2 and from there is connected to the base 8. In the area of the robot arm 2, the supply line package 7 is guided in a protective hose. The supply line package 7 together with the protective hose is also referred to below as the hose package 9. A separation point for the supply line package 7 is often arranged in the area of the second joint connection R2 and the hose package 9 is guided as a replaceable wear unit up to this separation point.

Wie man der 1B entnehmen kann, wird bei einer Drehbewegung um die dritte Gelenkachse R3 eine Zugbewegung auf das Schlauchpaket ausgeübt. Bei der umgekehrten Bewegung wieder zurück in die Ausgangsposition gemäß der 1 muss das Schlauchpaket wieder in die Ausgangsposition zurückgezogen werden.How to 1B can be removed, a pulling movement is exerted on the hose package during a rotational movement around the third joint axis R3. During the reverse movement back to the starting position according to the 1 the hose package must be pulled back to its original position.

Hierzu ist im Bereich der zweiten Gelenkverbindung R2 auf dem Roboterarm 2 eine Vorrichtung 10 zur Führung und zur Zurückholung des Schlauchpakets 9 befestigt. In den 1A, 1B ist dieses lediglich stark vereinfacht dargestellt. Zu dieser Vorrichtung 10 ist eine Befestigungsschelle 14 gehörig, in der das Schlauchpaket 9 festgehalten ist, insbesondere formschlüssig, sodass eine von der Vorrichtung ausgeübte Rückstellkraft auf das Schlauchpaket 9 übertragen wird.For this purpose, a device 10 for guiding and retrieving the hose package 9 is attached to the robot arm 2 in the area of the second joint R2. 1A , 1B This is only shown in a highly simplified manner. This device 10 includes a fastening clamp 14 in which the hose package 9 is held, in particular in a form-fitting manner, so that a restoring force exerted by the device is transferred to the hose package 9.

An seinem vorderen, zur Roboterhand 3 orientierten Ende ist das Schlauchpaket 9 zusätzlich über eine weitere Befestigungsschelle 15 fixiert, so dass das Schlauchpaket 9 zwischen den beiden Befestigungsschellen 14,15 gespannt gehalten ist.At its front end oriented towards the robot hand 3, the hose package 9 is additionally fixed by means of a further fastening clamp 15, so that the hose package 9 is held taut between the two fastening clamps 14, 15.

Die Vorrichtung 10, die in 2A, 2B ausführlicher illustriert wird, umfasst drei teleskopierbare Segmente 11, 12 und 13, nämlich ein Basiselement 11 und zwei Auszugssegmente 12, 13, die Teil einer Rückstellmechanik 10A sind. Die Segmente 11, 12, 13 sind in einer Auszugsrichtung Z nach Art eines Teleskops ausziehbar. Am vorderen Auszugselement ist die Befestigungsschelle 14 befestigt. Diese besteht aus zwei Teilen 14a, 14b, die in einer Querebene geöffnet werden können, um das Schlauchpaket 9 aufzunehmen. Die Befestigungsschelle 14 weist im Innern eine ringförmige Nut 20 auf, die in der Lage ist, mit einem radialen Vorsprung des Schlauchpakets 9 zusammenzuwirken, um dessen axiale Befestigung zu gewährleisten und dabei die Drehung der Schutzhülle 9 bezogen auf den Ring 14 um ihre Längsachse Z zu ermöglichen. Sie kann auch ein Kugelgelenk (nicht illustriert) aufweisen, um eine Neigung der Schutzhülle bezogen auf mindestens eine der Querachsen X, Y zu ermöglichen.The device 10, which in 2A , 2 B illustrated in more detail, comprises three telescopic segments 11, 12 and 13, namely a base element 11 and two extension segments 12, 13 which are part of a return mechanism 10A. The segments 11, 12, 13 can be extended in an extension direction Z in the manner of a telescope. The fastening clamp 14 is fastened to the front extension element. This consists of two parts 14a, 14b which can be opened in a transverse plane in order to receive the hose package 9. The fastening clamp 14 has an annular groove 20 on the inside which is able to cooperate with a radial projection of the hose package 9 in order to ensure its axial fastening while allowing the protective cover 9 to rotate with respect to the ring 14 about its longitudinal axis Z. It can also have a ball joint (not illustrated) to allow the protective cover to incline with respect to at least one of the transverse axes X, Y.

Ausgehend von der ersten, ausgeklappten Position, die in 2A illustriert wird, können die Segmente 11, 12 und 13 teleskopisch ineinander, geschoben werden, um zu einer zweiten, eingezogenen Position zu kommen, die in 2B illustriert wird. Umgekehrt können die Segmente 11, 12 und 13 ausgehend von der zweiten Position auch ausgezogen werden, um zur ersten Position zu kommen. Ein elastischer Rückstellmechanismus, der aus zumindest zwei elastischen Federn 15, 16 gebildet wird, übt eine Rückstellkraft der Segmente 11, 12 und 13 in ihre zweite, eingeklappte Position aus. Die erste elastische Feder 15 verbindet das proximale Segment 11, das das Basiselement 11 bildet, mit dem dazwischen liegenden Auszugssegment 12, während die zweite elastische Feder 16 das dazwischen liegende Auszugssegment 12 mit dem distalen Auszugssegment 13 verbindet, das die Befestigungsschelle 14 trägt. Auf diese Weise sind die beiden Federn 15, 16 in Reihe angeordnet, um während der gesamten Verstellung der Befestigungsschelle 14 über die Auszugslänge zwischen den in den 2A und 2B illustrierten Positionen gleichzeitig gespannt zu werden. In dieser Konfiguration entspricht die individuelle Dehnung jeder Feder 15, 16 von der eingezogenen Position der Vorrichtung 10, die in 2B illustriert wird, in ihre ausgezogenen Position, die in 2A illustriert wird, nur einem Abschnitt der Auszugslänge der Segmente 11 und 13 zwischen den beiden Positionen der Vorrichtung 10. Insbesondere wird, wenn die zwei Federn 15, 16 die gleiche Länge und das gleiche Elastizitätsmodul aufweisen, die Dehnung jeder Feder nur der Hälfte dieser Auszugslänge entsprechen. In alternativer Ausgestaltung weisen die beiden Federn 15,16 unterschiedliche Federeigenschaften auf, insbesondere verschiedene Federraten (Elastizitäts-Module) derart, dass eine definierte Abfolge des Auszugs eingestellt ist. So ist insbesondere die Federrate der Feder 15 geringer, so dass erst das erste Auszugselement 12 relativ zum Basiselement 11 ausgezogen wird.Starting from the first, unfolded position, which is in 2A As illustrated, the segments 11, 12 and 13 can be telescoped into each other to reach a second, retracted position, which is 2 B Conversely, the segments 11, 12 and 13 can also be extended from the second position to reach the first position. An elastic return mechanism, which is formed by at least two elastic springs 15, 16, exerts a return force of the segments 11, 12 and 13 to their second, folded-in position. The first elastic spring 15 connects the proximal segment 11, which forms the base element 11, to the extension segment 12 located therebetween, while the second elastic spring 16 connects the extension segment 12 located therebetween to the distal extension segment 13, which carries the fastening clamp 14. In this way, the two springs 15, 16 are arranged in series in order to maintain a constant force during the entire adjustment of the fastening clamp 14 over the extension length between the 2A and 2 B illustrated positions simultaneously. In this configuration, the individual extension of each spring 15, 16 from the retracted position of the device 10 corresponds to 2 B illustrated, in their extended position, which is in 2A is illustrated, only a section of the extension length of the segments 11 and 13 between the two positions of the device 10. In particular, if the two springs 15, 16 have the same length and the same modulus of elasticity, the extension of each spring will only correspond to half of this extension length. In an alternative embodiment, the two springs 15, 16 have different spring properties, in particular different spring rates (modules of elasticity) such that a defined sequence of extension is set. In particular, the spring rate of the spring 15 is lower, so that only the first extension element 12 is extended relative to the base element 11.

Um die Segmente 11, 12, 13 zu führen, umfasst im Ausführungsbeispiel jedes der Segmente 11 und 12 auf jeder Seite eine Führung 17, in die mindestens ein Schieberelement 18 eingreift, das jeweils fest mit den Segmenten 12 und 13 verbunden ist, wie in 3 illustriert ist.In order to guide the segments 11, 12, 13, in the embodiment, each of the segments 11 and 12 comprises a guide 17 on each side, into which at least one slide element 18 engages, which is firmly connected to the segments 12 and 13, as shown in 3 is illustrated.

Das Schieberelement 18 ist über eine Rollenlagervorrichtung gelagert, wie beispielhaft in 4 illustriert ist. Das Schieberelement 18 umfasst zwei drehbare Rollen 19, um eine erste Innenseite 17a der Führung 17 zu kontaktieren, und eine dritte drehbare Rolle 19', um eine zweite Innenseite 17b der Führung 17 zu kontaktieren, die gegenüber der ersten Innenseite 17a liegt. Auf diese Weise ist es möglich, eine exakte und zuverlässige Führung des Schieberelements 18 auf der Strecke, die durch die Führung 17 definiert wird, mit einer vernachlässigbaren Reibung zu gewährleisten. Alternative Mittel, zum Beispiel mit Kugeln und/oder Kufen, können ebenfalls zu diesem Zweck vorgesehen werden.The slide element 18 is mounted on a roller bearing device, as shown for example in 4 The slider element 18 comprises two rotatable rollers 19 for contacting a first inner side 17a of the guide 17 and a third rotatable roller 19' for contacting a second inner side 17b of the guide 17, which is opposite the first inner side 17a. In this way it is possible to ensure an exact and reliable guidance of the slider element 18 on the path defined by the guide 17, with negligible friction. Alternative means, for example with balls and/or skids, can also be provided for this purpose.

In dem in den 2A, 2B sowie 3 und 4 dargestelltem Ausführungsbeispiel sind die einzelnen Segmente nach Art von Schubladen-Auszugselementen ausgebildet. Jedes Segment ist dabei in etwa als ein u-förmiger Rahmen ausgebildet, die teleskopierbar ineinander gesteckt sind.In the 2A , 2 B In the embodiment shown in 3 and 4, the individual segments are designed like drawer pull-out elements. Each segment is designed roughly as a U-shaped frame that is telescopically inserted into one another.

Alternativ zu dieser Ausgestaltung sind die einzelnen Elemente 11, 12, 13 nach Art von ineinander gesteckten Schienen oder auch Teleskoprohren ausgebildet, wobei auch hierbei vorzugsweise die einzelnen Segmente für eine möglichst geringe Reibung über Rollen- oder Wälzlager aneinander gelagert sind. Die elastischen Federelemente sind in dieser Ausgestaltung wahlweise im Inneren des jeweiligen Segments oder auch vorzugsweise seitlich auf beiden Seiten des jeweiligen Segments angeordnet und mit den einzelnen Segmenten beispielsweise über seitlich überstehende Befestigungsarme verbunden.As an alternative to this design, the individual elements 11, 12, 13 are designed in the manner of interlocking rails or telescopic tubes, whereby the individual segments are preferably mounted on one another via roller or anti-friction bearings to minimize friction. In this design, the elastic spring elements are arranged either inside the respective segment or preferably laterally on both sides of the respective segment and are connected to the individual segments, for example, via laterally protruding fastening arms.

Zurück zu den 1A und 1B, worin das proximale Segment 11 der Vorrichtung zum Führen und Zurückstellen 10 auf dem zweiten Segment 2 des Gelenkroboters 1 befestigt ist, während eine zweite Befestigungsschelle 30 auf dem dritten Segment 13 des Gelenkroboters 1 befestigt ist. Diese zweite Befestigungsschelle 30 weist eine analoge Struktur wie die erste Befestigungsschelle 14 auf, um das Schlauchpaket 9 axial zu befestigen und dabei ihre Drehung um eine Längsachse Z sowie gegebenenfalls ihre Neigung bezogen auf eine oder zwei Querachsen X, Y zu ermöglichen. Mithilfe der Zurückstellung des Auszugselements 13 in der Vorrichtung 10 wird die Schutzhülle 9 zwischen den Ringen 14 und 30 gespannt gehalten, auch wenn das Gelenk R3 ausgestreckt ist, wodurch die Risiken des Hängenbleibens reduziert werden.Back to the 1A and 1B in which the proximal segment 11 of the guiding and retracting device 10 is fixed to the second segment 2 of the articulated robot 1, while a second fixing collar 30 is fixed to the third segment 13 of the articulated robot 1. This second fixing collar 30 has a structure similar to that of the first fixing collar 14 in order to fix the hose assembly 9 axially, while allowing it to rotate about a longitudinal axis Z and, if necessary, to incline it with respect to one or two transverse axes X, Y. By means of the retraction of the extraction element 13 in the device 10, the protective sheath 9 is kept taut between the rings 14 and 30 even when the joint R3 is extended, thus reducing the risk of it getting caught.

Die 5A und 5B illustrieren eine weitere Ausgestaltung der Vorrichtung 10 gemäß einer zweiten Ausführungsform jeweils in ihrer ausgezogenen und eingezogenen Position. Wie die Vorrichtung der ersten Ausführungsform umfasst diese alternative Vorrichtung 10 drei Segmente 11, 12 und 13.The 5A and 5B illustrate a further embodiment of the device 10 according to a second embodiment, in its extended and retracted position, respectively. Like the device of the first embodiment, this alternative device 10 comprises three segments 11, 12 and 13.

Die Vorrichtung 10 gemäß dieser zweiten Ausführungsform unterscheidet sich von der ersten dadurch, dass die teleskopierbaren Segmente 11, 12 und 13 nicht gerade sondern gekrümmt sind. Die Befestigungsschelle 14 wird daher auch einen gekrümmten Weg zwischen der ausgezogenen Position der 4A und der eingezogenen Position der 4B folgen. Im Ausführungsbeispiel ist eine Krümmung lediglich in Längs- oder Auszugsrichtung Z dargestellt. Ergänzend oder alternativ ist vorzugsweise eine seitliche Krümmung, also in X-Richtung (vgl. zu den Richtungen 2A, 2B), ausgebildet. Hierdurch wird die gesamte Vorrichtung 10 zumindest teilweise um den Roboter 1 herumgeführt. Dies dient beispielsweise dazu, um einen Überstand über den Roboter 1 zu begrenzen oder um bei einem verlängerten Auszugsweg Störkonturen zu vermeiden. Zusätzlich kann dadurch eine veränderte Zuführbahn / ein veränderter Zuführwinkel des Schlauchpakets zum Werkzeug oder einem in der Medizintechnik verwendeten Bogenförmigen Träger, insbesondere eine leicht seitliche Zuführung und Fixierung erreicht werden.The device 10 according to this second embodiment differs from the first in that the telescopic segments 11, 12 and 13 are not straight but curved. The fastening clamp 14 will therefore also follow a curved path between the extended position of the 4A and the retracted position of the 4B In the embodiment, a curvature is shown only in the longitudinal or extension direction Z. In addition or alternatively, a lateral curvature is preferably shown, i.e. in the X direction (cf. the directions 2A , 2 B) , is formed. As a result, the entire device 10 is at least partially guided around the robot 1. This serves, for example, to limit an overhang over the robot 1 or to avoid interfering contours in the case of an extended extension path. In addition, this can achieve a modified feed path/a modified feed angle of the hose package to the tool or an arc-shaped carrier used in medical technology, in particular a slightly lateral feed and fixation.

Alternativ zu den in den 1 bis 5 dargestellten elastischen Rückstellelementen (Federelemente 14, 15) wird insbesondere für den Anwendungsbereich eines Medizinroboters ein Aktuator als Rückstellelement in hier nicht näher dargestellter Weise eingesetzt. Bei diesem Aktuator handelt es sich insbesondere um einen elektrischen Stellmotor oder auch um einen fluidisch angetriebenen Stellmotor. In dieser Ausführungsvariante ist der Vorrichtung zusätzlich eine Steuereinheit zugeordnet, die auch in der Hauptsteuereinheit für den Roboter 1 integriert sein kann. Über diese Steuereinheit wird das Ausziehen und Zurückholen des Schlauchpakets 9 in Abhängigkeit des aktuellen Bewegungsablaufs des Roboters 1 und insbesondere der Relativpositionierung der Roboterhand 6 in Relation zur Befestigungsposition der Vorrichtung 10 gesteuert. Dadurch wird für jede Position, die insbesondere die vordere zweite Befestigungsschelle 30 einnimmt, ein korrespondierender zugeordneter Wert errechnet, an welcher Auszugsposition sich die zugeordnete rückseitige erste Befestigungsschelle 14 befinden sollte. Diese wird mit Hilfe des Stellmotors dann in die entsprechende Position versetzt. Hierzu ist der Stellmotor mit der ersten Befestigungsschelle 14 in geeigneter Wiese verbunden.As an alternative to the 1 to 5 In addition to the elastic return elements (spring elements 14, 15) shown, an actuator is used as a return element in a manner not shown in detail here, particularly for the application area of a medical robot. This actuator is in particular an electric servomotor or a fluid-driven servomotor. In this embodiment, the device is additionally assigned a control unit, which can also be integrated in the main control unit for the robot 1. This control unit controls the pulling out and retrieval of the hose package 9 in Depending on the current movement sequence of the robot 1 and in particular the relative positioning of the robot hand 6 in relation to the fastening position of the device 10. As a result, for each position that the front second fastening clamp 30 in particular assumes, a corresponding assigned value is calculated as to which extension position the associated rear first fastening clamp 14 should be located. This is then moved into the corresponding position with the help of the servomotor. For this purpose, the servomotor is connected to the first fastening clamp 14 in a suitable manner.

Schließlich ist in 6 eine Rückansicht auf einen Roboter 1 dargestellt, bei dem die Vorrichtung 10 ergänzt zu der Rückstellmechanik 10A noch eine Montageeinheit 10B aufweist. Die Montageeinheit 10B weist dabei auf und ist insbesondere abschließend gebildet durch ein beispielsweise plattenförmig ausgebildetes Montagelement 40, einem Drehgelenk 42 sowie einem Halteelement 44. An diese ist die Rückstellmechanik 10A befestigt ist. Das Halteelement 44 ist mit dem Montagelement 40 über das Drehgelenk 42 nach Art eines Klappscharniers verbunden. An dem Haltelement 44 ist das Basiselement 11 der Rückstellmechanik 10A befestigt oder ist alternativ durch dieses Basiselement 11 gebildet. Über das Drehgelenk 42 ist ein Verschwenken der Rückstellmechanik 10A um die in die Papierebene hinein erstreckende Auszugs- oder Längsrichtung Z ermöglicht und zwar von der in der 6 dargestellten seitlichen Anordnung seitlich neben dem Roboterarm 2 in eine punktiert dargestellte obere Position oberhalb des Roboterarms 2. Im Ausführungsbeispiel ist daher eine Verschwenkung um 180° ermöglicht. Zur Befestigung des Montageelements 40 sind am Roboterarm 2 üblicherweise ein oder es sind auch mehrere Befestigungsstege 46 angeordnet. Die Befestigung der Montageeinheit 10B hieran erfolgt insbesondere über eine Schraubbefestigung.Finally, in 6 a rear view of a robot 1 is shown, in which the device 10 has an assembly unit 10B in addition to the reset mechanism 10A. The assembly unit 10B has and is in particular finally formed by a mounting element 40, for example in the form of a plate, a rotary joint 42 and a holding element 44. The reset mechanism 10A is attached to this. The holding element 44 is connected to the mounting element 40 via the rotary joint 42 in the manner of a folding hinge. The base element 11 of the reset mechanism 10A is attached to the holding element 44 or is alternatively formed by this base element 11. The rotary joint 42 enables the reset mechanism 10A to pivot about the extension or longitudinal direction Z extending into the plane of the paper, namely from the 6 shown lateral arrangement to the side of the robot arm 2 into an upper position shown in dotted lines above the robot arm 2. In the exemplary embodiment, pivoting by 180° is therefore possible. To fasten the mounting element 40, one or more fastening webs 46 are usually arranged on the robot arm 2. The mounting unit 10B is fastened to this in particular by means of a screw fastening.

Die Winkelpositionierung des Halteelements 44 relativ zum Montageelement 40 ist dabei in hier nicht näher dargestellter Weise fest arretierbar, so dass ein Betrieb des Roboters 1 und insbesondere der Vorrichtung 10 in dieser arretierten Position ermöglicht ist. Die Arretierung ist daher ausreichend dimensioniert um die im Betrieb auftretenden Kräfte aufnehmen zu können.The angular positioning of the holding element 44 relative to the mounting element 40 can be locked in a manner not shown in detail here, so that operation of the robot 1 and in particular of the device 10 in this locked position is possible. The locking mechanism is therefore sufficiently dimensioned to be able to absorb the forces that occur during operation.

Die einzelnen erfinderischen Aspekte sind jeweils an spezifischen Ausführungsbeispielen beispielhaft ohne Beschränkung der Allgemeinheit beschrieben. Unterschiedliche Merkmale der einzelnen in den Figuren dargestellten Ausführungsvarianten sind dabei auch einzelweise untereinander kombinierbar.The individual inventive aspects are each described using specific embodiments as examples without restricting generality. Different features of the individual embodiments shown in the figures can also be individually combined with one another.

Claims (17)

Vorrichtung (10) zum Führen und Zurückstellen mindestens einer flexiblen Leitung eines Gelenkarmroboters (1), die eine Rückstellmechanik (10A) mit zumindest einem Rückstellelement (15, 16) zur Ausübung einer Rückstellkraft auf die Leitung sowie ein Befestigungselement (14) zur Befestigung der Leitung aufweist, wobei die Rückstellmechanik (10A) an einer Montageeinheit (1 0B) zur Montage am Gelenkarmroboter (1) befestigt ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Montageeinheit (10B) ein Montageelement (40) zur Fixierung am Gelenkarmroboter (1) sowie ein Drehgelenk (42) aufweist, an dem ein Basiselement (11) der Rückstellmechanik (10A) befestigt ist, derart, dass die Rückstellmechanik (10A) um eine durch das Drehgelenk (42) definierte Drehachse verschwenkbar ist, so dass durch die drehbare Anordnung die Rückstellmechanik (10A) in verschiedenen Montagepositionen relativ zum Gelenkarmroboter (1) angeordnet werden kann.Device (10) for guiding and resetting at least one flexible line of an articulated arm robot (1), which has a reset mechanism (10A) with at least one reset element (15, 16) for exerting a reset force on the line and a fastening element (14) for fastening the line, wherein the reset mechanism (10A) is fastened to a mounting unit (10B) for mounting on the articulated arm robot (1), characterized in that the mounting unit (10B) has a mounting element (40) for fixing to the articulated arm robot (1) and a rotary joint (42) to which a base element (11) of the reset mechanism (10A) is fastened, such that the reset mechanism (10A) can be pivoted about an axis of rotation defined by the rotary joint (42), so that the rotatable arrangement enables the reset mechanism (10A) to be arranged in different mounting positions relative to the articulated arm robot (1). Vorrichtung (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehachse parallel zu der Auszugsrichtung (Z) der Rückstellmechanik (10A) orientiert ist.Device (10) according to Claim 1 , characterized in that the axis of rotation is oriented parallel to the extension direction (Z) of the return mechanism (10A). Vorrichtung (10) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Basiselement (11) relativ zum Montageelement (40) in mehreren Drehstellungen reversibel feststellbar ist.Device (10) according to Claim 1 or 2 , characterized in that the base element (11) can be reversibly locked in several rotational positions relative to the mounting element (40). Vorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Rückstellmechanik (10A) mehrere Segmente (11, 12, 13), nämlich ein Basissegment (11) zur Befestigung am Gelenkarmroboter (1) und zumindest ein Auszugssegment (12,13) umfasst, das relativ zum Basissegment (11) in einer Auszugsrichtung (Z) teleskopierbar zwischen einer ersten ausgefahrenen Position und einer zweiten eingefahrenen Position angeordnet ist.Device (10) according to one of the preceding claims, characterized in that the return mechanism (10A) comprises a plurality of segments (11, 12, 13), namely a base segment (11) for fastening to the articulated arm robot (1) and at least one extension segment (12, 13) which is arranged telescopically relative to the base segment (11) in an extension direction (Z) between a first extended position and a second retracted position. Vorrichtung (10) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest zwei Auszugssegmente (12,13) angeordnet sind, die relativ zueinander und relativ zum Basissegment (11) teleskopierbar zwischen der ersten ausgefahrenen Position und der zweiten eingefahrenen Position angeordnet sind.Device (10) according to Claim 4 , characterized in that at least two extension segments (12,13) are arranged which are telescopically arranged relative to one another and relative to the base segment (11) between the first extended position and the second retracted position. Vorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das zumindest eine Rückstellelement (15, 16) als ein elastisches Federelement ausgebildet ist.Device (10) according to one of the preceding claims, characterized in that the at least one return element (15, 16) is designed as an elastic spring element. Vorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Rückstellmechanik (10A) mehrere in Reihe angeordnete Rückstellelemente (15, 16) aufweist.Device (10) according to one of the preceding claims, characterized in that the reset mechanism (10A) has several reset elements (15, 16) arranged in series. Vorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche und nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Rückstellelement (15, 16) jeweils zwei aufeinanderfolgende Segmenten (11, 12, 13) miteinander verbindet.Device (10) according to one of the preceding claims and according to Claim 4 , characterized in that at least one return element (15, 16) connects two successive segments (11, 12, 13) with each other. Vorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche und nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Dämpfungselement angeordnet ist, das zwischen zwei Segmenten (11,12,13) zur Dämpfung der Bewegung bei Erreichen einer ausgezogenen oder eingefahrenen Endposition angeordnet ist.Device (10) according to one of the preceding claims and according to Claim 4 , characterized in that at least one damping element is arranged between two segments (11,12,13) for damping the movement when an extended or retracted end position is reached. Vorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Rückstellmechanik (10A) als Rückstellelement einen Stellmotor aufweist.Device (10) according to one of the preceding claims, characterized in that the reset mechanism (10A) has a servo motor as a reset element. Vorrichtung (10) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine Steuereinheit aufweist, die in Abhängigkeit einer aktuellen Ansteuerung des Gelenkarmroboters (1) den Stellmotor steuert.Device (10) according to Claim 10 , characterized in that it has a control unit which controls the servo motor depending on a current control of the articulated arm robot (1). Vorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche und nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest drei Segmente (11,12,13) angeordnet sind und die Segmente entsprechend einer vordefinierten Reihenfolge, insbesondere sukzessive in die ausgefahrene bzw. eingefahrene Position verfahren.Device (10) according to one of the preceding claims and according to Claim 4 , characterized in that at least three segments (11,12,13) are arranged and the segments move according to a predefined sequence, in particular successively into the extended or retracted position. Vorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche und nach Anspruch 4, wobei jedes der Segmente (11, 12, 13) mit einem benachbarten Segment (11, 12, 13) durch eine Einheit aus einer Führung (17) und einem Schieberelement (18) verbunden ist, die eine relative Verschiebung zwischen den Segmenten (11, 12, 13) gemäß einem durch die Führung (17) definierten Weg ermöglicht.Device (10) according to one of the preceding claims and according to Claim 4 wherein each of the segments (11, 12, 13) is connected to an adjacent segment (11, 12, 13) by a unit consisting of a guide (17) and a slider element (18) which enables a relative displacement between the segments (11, 12, 13) according to a path defined by the guide (17). Vorrichtung (10) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche und nach Anspruch 4, wobei jedes der Segmente (11, 12, 13) gekrümmt ist, um einem ebenfalls gekrümmten Weg zwischen der ersten ausgefahrenen Position und der zweiten eingefahrenen Position zu folgen.Device (10) according to one of the preceding claims and Claim 4 wherein each of the segments (11, 12, 13) is curved to follow a likewise curved path between the first extended position and the second retracted position. Vorrichtung (10) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Befestigungselement (14) beweglich an einem der Segmente (13) befestigt ist.Device (10) according to one of the preceding claims, wherein the fastening element (14) is movably attached to one of the segments (13). Gelenkarmroboter (1), umfassend mindestens eine flexible Leitung und eine Vorrichtung (10) zum Führen und Zurückstellen der mindestens einen flexiblen Leitung nach einem der vorhergehenden Ansprüche.Articulated arm robot (1), comprising at least one flexible line and a device (10) for guiding and resetting the at least one flexible line according to one of the preceding claims. Gelenkarmroboter (1) nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass er eine Roboterhand (2) mit einem daran angeordneten medizinischen Gerät, insbesondere einen bogenförmigen Träger mit einem Detektor und einer Strahlungsquelle umfasst.Articulated arm robot (1) to Claim 16 , characterized in that it comprises a robot hand (2) with a medical device arranged thereon, in particular an arc-shaped carrier with a detector and a radiation source.

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