DE102016008112A1

DE102016008112A1 - Handhabungssystem

Info

Publication number: DE102016008112A1
Application number: DE102016008112.0A
Authority: DE
Inventors: Viktor Deister
Original assignee: Eisele Pneumatics GmbH and Co KG
Current assignee: Eisele GmbH
Priority date: 2016-06-28
Filing date: 2016-06-28
Publication date: 2017-12-28
Also published as: US20190152071A1; CA3029081A1; EP3475038A1; WO2018001548A1

Abstract

Ein Handhabungssystem, mit einem Handhabungsarm (4), der vorzugsweise aus mehreren mittels mindestens eines Antriebes bewegbaren Armteilen (6, 8) besteht, die über Gelenkstellen (12, 18) miteinander verbunden sind, und mit einer Versorgungseinrichtung (20), die einzelne Versorgungsstränge aufweist, die der Zufuhr von elektrischer und/oder fluidischer Energie zu Abnehmern, wie dem jeweiligen Antrieb, dienen und zumindest teilweise Bestandteil des Handhabungsarms (4) mit seinen Armteilen (6, 8) sind, dadurch gekennzeichnet, dass die einzelnen Versorgungsstränge zu einem gemeinsamen Hauptstrang (20) zusammengefasst sind, der endseitig jeweils ein Anschluss-Kupplungsteil (26, 28) aufweist, der mit einer Ummantelung (22) schützend die Versorgungsstränge umgibt und der, als austauschbare Wechseleinheit konzipiert, über an den beiden Kupplungsteilen (26, 28) befindliche Aufnahmen (40) an dem Handhabungsarm (4) abnehmbar und von außen her zugänglich angebracht ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Handhabungssystem, mit einem Handhabungsarm, der vorzugsweise aus mehreren mittels mindestens eines Antriebs bewegbaren Armteilen besteht, die über Gelenkstellen miteinander verbunden sind, und mit einer Versorgungseinrichtung, die einzelne Versorgungsstränge aufweist, die der Zufuhr von elektrischer und/oder fluidischer Energie zu Abnehmern, wie dem jeweiligen Antrieb, dienen und zumindest teilweise Bestandteil des Handhabungsarms mit seinen Armteilen sind.
Handhabungssysteme dieser Art sind Stand der Technik. Insbesondere kommen solche Systeme in der industriellen Fertigung als Manipulatorkomponente von Industrierobotern zum Einsatz. Entsprechend der Auslegung des Betriebssystems mit elektrischem, pneumatischem oder hydraulischem Antrieb, mit zugehöriger Steuerung und gegebenenfalls vorhandener Sensorik, weist die Versorgungseinrichtung eine entsprechende Anzahl Versorgungsstränge in Form von elektrischen Leitungen und Schlauchleitungen auf. Diese sind bei den bekannten Handhabungssystemen, ausgehend vom den Handhabungsarm tragenden Gerätesockel, innerhalb der Armteile zum jeweiligen Abnehmer geführt. Dies bedeutet, dass bei einem erforderlichen Austausch von Versorgungssträngen, wie er beispielsweise bei einer Änderung der Handhabungsfunktion des Systems oder zur Behebung eines aufgetretenen Leitungsdefekts erforderlich ist, die Versorgungseinrichtung aus den Armteilen ausgebaut werden muss, was arbeits- und zeitaufwendig ist und zu hohen Ausfallkosten im Fertigungsbetrieb führen kann.
Im Hinblick auf diese Problematik stellt sich die Erfindung die Aufgabe, ein Handhabungssystem zur Verfügung zu stellen, das kostengünstig und rationell betreibbar ist.
Erfindungsgemäß ist diese Aufgabe mit einem Handhabungssystem gelöst, das die Merkmale des Patentanspruchs 1 in seiner Gesamtheit aufweist.
Gemäß dem kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 zeichnet sich die Erfindung dadurch aus, dass die einzelnen Versorgungsstränge zu einem gemeinsamen Hauptstrang zusammengefasst sind, der endseitig jeweils ein Anschluss-Kupplungsteil aufweist, der mit einer Ummantelung schützend die Versorgungsstränge umgibt und der, als austauschbare Wechseleinheit konzipiert, über an den beiden Kupplungsteilen befindliche Aufnahmen an dem Handhabungsarm abnehmbar und von außen her zugänglich angebracht ist. Notwendige Änderungen der Versorgungseinrichtung, wie Austausch von Versorgungssträngen zur Behebung von Defekten oder wegen sich ändernder Handhabungsaufgabe des Systems, lassen sich bei der Erfindung durch von außen her durchgeführtes Abnehmen und Austauschen des die Versorgungsstränge enthaltenden Hauptstranges schnell und einfach durchführen. Arbeits- und Kostenaufwand für Wartung sind dadurch ebenso wie die durch Betriebsausfall verursachten Kosten minimiert.
Die an den Enden der Ummantelung befindlichen Anschluss-Kupplungsteile können durch die Kupplungselemente einer dem Stand der Technik entsprechenden Mehrmedien-Mehrfachkupplung gebildet sein, wie sie beispielsweise in dem Dokument DE 10 2012 001 529 A1 offenbart ist. Bei Kupplungsteilen dieser Art kann die zum abnehmbaren Anbringen am betreffenden Handhabungsarm vorgesehene Aufnahme mit einem Grundkörper des betreffenden Kupplungsteils verbunden sein.
Die Anordnung kann mit Vorteil so getroffen sein, dass der Hauptstrang mit seinem ersten freien Ende respektive erstem Kupplungsteil an dem ersten Armteil und mit seinem anderen freien Ende respektive zweiten Kupplungsteil an dem letzten Armteil des Handhabungsarms angeordnet ist, wobei das erste Kupplungsteil dem Einspeisen von Energie und das zweite Kupplungsteil der Abgabe der eingespeisten Energie dient. Bei der eingespeisten Energie kann es sich um elektrische Energie in Form von Antriebsenergie und/oder Steuerungs- und/oder Sensorsignale sowie um pneumatische und/oder hydraulische Druckenergie handeln.
Das erste Armteil kann mit Vorteil schwenkbar auf einem Sockel angeordnet sein, wobei das letzte Armteil des Handhabungsarms eine mit Energie zu versorgende Handhabungs- oder Bearbeitungseinheit aufweist.
Bei besonders vorteilhaften Ausführungsbeispielen ist die Ummantelung des Hauptstranges, wie die einzelnen Versorgungsstränge, flexibel ausgebildet und folgt jeder vorgesehenen Bewegung der Armteile des Handhabungsarms nach, so dass sie insbesondere auch im gestreckten Zustand des Handhabungsarms und parallel zu diesem verlaufend die Energieversorgung nebst Einspeisung gewährleistet. Mit Vorteil kann hierfür die Ummantelung durch ein Kunststoff-Wellrohr gebildet sein.
Mit besonderem Vorteil kann hierbei die Anordnung derart getroffen sein, dass bis auf die beiden Kupplungsteile mit ihren Aufnahmen der Hauptstrang frei bewegbar entlang der Außenseite der Armteile angeordnet ist, die sich entlang einer Bewegungsebene derselben erstreckt.
Bei vollständig zusammengefalteten Armteilen erfährt der Hauptstrang an der jeweiligen Gelenkstelle eine maximale Umlenkung, bei der die der Umlenkung benachbarten Strangteile des Hauptstranges unter Einbezug des jeweiligen Kupplungsteils, knickfrei in Anlage miteinander bringbar sind.
Bei vorteilhaften Ausführungsbeispielen weist die jeweilige Aufnahme für ein Kupplungsteil des Hauptstrangs eine standardisierte Verbindungseinrichtung auf, die mit einer zugeordneten Aufnahmeeinrichtung an einem der Armteile in wieder lösbarer Weise verbindbar ist, wobei die Anordnung derart getroffen ist, dass alle einwechselbaren Hauptstränge, auch bei zueinander unterschiedlicher Ausgestaltung, sich über die standardisierte Verbindungseinrichtung an dem jeweiligen Armteil festlegen lassen.
Gegenstand der Erfindung ist auch eine Versorgungseinrichtung mit einzelnen flexibel ausgebildeten Versorgungssträngen, die der Zufuhr von elektrischer und/oder fluidischer Energie dienen, wobei die Versorgungseinrichtung insbesondere für einen bewegbaren Arm eines Handhabungssystems nach einem der Ansprüche 1 bis 7 vorgesehen ist und die Merkmale des Patentanspruchs 8 aufweist.
Weitere Eigenheiten des Versorgungssystems sind in den sich anschließenden Patentansprüchen 9 und 10 angegeben.
Nachstehend ist die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels im Einzelnen erläutert.
Es zeigen:
1 eine schematisch vereinfacht gezeichnete Seitenansicht eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Handhabungssystems und
2 eine schematisch vereinfacht gezeichnete perspektivische Schrägansicht des Ausführungsbeispiels, gesehen auf das Ende des letzten Armteils des Handhabungsarms.
In den Zeichnungen ist ein Gerätesockel des Ausführungsbeispiels mit 2 bezeichnet, der für eine stationäre Anwendung des Systems auf einer Bodenfläche verankert ist. Auf dem Sockel 2 ist ein als Ganzes mit 4 bezeichneter Handhabungsarm in der bei derartigen Systemen üblichen Weise um eine vertikale Achse um 360° drehbar gelagert. Beim gezeigten Beispiel weist der Handhabungsarm 4 zwei Armteile 6 und 8 in Form von Profilträgern rechteckigen Querschnitts auf, von denen das obere, letzte Armteil 8 am freien Ende 9 einen lediglich schematisiert angedeuteten Effektor 10 aufweist. Dieser ist in der bei derartigen Manipulatoren üblichen Weise mittels zugeordneter Antriebs- und Steuereinrichtungen bewegbar, wobei beim gezeigten Beispiel eine Schwenkbeweglichkeit um eine zur Längsachse des Armteils 8 senkrecht verlaufende horizontale Achse vorgesehen ist.
Das erste, untere Armteil 6 ist mit dem Sockel 2 über eine Gelenkstelle 12 verbunden, die ein erstes Gelenkteil 14 aufweist, das am Sockel 2 um die vertikale Hochachse drehbar ist, sowie ein zweites Gelenkteil 16 aufweist, das am ersten Gelenkteil 14 um eine horizontale Achse schwenkbar gelagert ist. Das obere Ende des ersten Armteils 6 ist mit dem inneren Ende des letzten Armteils 8 über eine zweite Gelenkstelle 18 verbunden, die für das obere, letzte Armteil 8 eine Schwenkmöglichkeit um eine horizontale Achse zur Verfügung stellt, die zu den Längsachsen beider Armteile 6 und 8 senkrecht verläuft. Durch die beiden horizontalen Schwenkachsen der Gelenkstellen 12 und 18 ist für die Bewegungen der Armteile 6 und 8 eine vertikale Bewegungsebene vorgegeben.
Die Versorgungseinrichtung, die die einzelnen Versorgungsstränge für die Betätigung des Effektors 10 aufweist, ist bei der Erfindung durch eine eigenständige Baueinheit gebildet, die als austauschbare Wechseleinheit konzipiert ist und an der Außenseite des Handhabungsarms 4 abnehmbar angebracht ist. Hierfür weist die Versorgungseinrichtung einen Hauptstrang 20 auf, in dem sämtliche Versorgungsstränge zusammengefasst innerhalb einer flexiblen Ummantelung 22 geführt sind, die in ihrem Verlauf den Bewegungen der Armteile 6, 8 des Handhabungsarms 4 beim Betrieb des Handhabungssystems nachfolgt. Als flexible Ummantelung 22 ist bei der Erfindung ein Wellrohr aus Metall oder Kunststoff vorgesehen, das an den Gelenkstellen 12 und 18 eine knickfreie Umlenkung des Strangverlaufs ermöglicht, selbst bei ganz zusammengefaltetem Zustand der Armteile 6, 8 und maximaler Umlenkung, bei der die an die Umlenkstellen angrenzenden Strangteile der Ummantelung 22 aneinander anliegen.
An jedem Ende des Hauptstrangs 20 ist ein Kupplungsteil vorgesehen, von denen ein mit 26 bezeichnetes erstes Kupplungsteil für die Einspeisung von Energie und ein zweites, mit 28 bezeichnetes Kupplungsteil für die Abgabe der eingespeisten Energie vorgesehen sind. Das erste Kupplungsteil 26 ist an der Gelenkstelle 12 angebracht, und das zweite Kupplungsteil 28 ist in der Nähe des äußeren Endes 9 des letzten Armteils 8 angebracht. Bei den Kupplungsteilen 26, 28 handelt es sich um jeweils ein Teil eines Paares der Kupplungselemente einer Mehrfach-Mehrmedienkupplung bekannter Art, die es ermöglicht, elektrische Verbindungen und Leitungen mit Druckfluiden gleichzeitig und unter Druck zu kuppeln. Hierfür können die vorliegenden Kupplungsteile 26 und 28 durch eines der in dem genannten Dokument DE 10 2012 001 529 A1 in 3 mit 2 bzw. 4 bezeichneten Kupplungselemente gebildet sein, mit deren fluidischen und elektrischen Anschlusseinheiten, wie sie in der dortigen 3 mit 10, 30, 50 und 60 bezeichnet sind, die einzelnen Versorgungsstränge des Hauptstrangs 20 verbunden sind. Die Enden der Ummantelung 22 sind über ein in 1 mit 32 bezeichnete Schlauchverschraubung mit einem metallischen Verbindungskörper 34 verbunden, der am zugewandten Grundkörper 36 (1) der Kupplungsteile 26, 28 befestigt ist. Der Verbindungskörper 34 ist durch eine Hülse gebildet, die sich vom jeweiligen Grundkörper 36 in Richtung auf die Ummantelung 22 leicht konisch verjüngt, so dass der Verbindungskörper 34 eine Leitungs- oder Schlauchbündelung für die in der Ummantelung 22 verlaufenden Versorgungsstränge bildet. Für die Einspeisung ist das erste Kupplungsteil 26 über ein korrespondierendes, nicht gezeigtes Kupplungsteil mit dem in der Gelenkstelle 12 befindlichen Betriebssystem für die Einspeisung lösbar verbindbar, und das zweite Kupplungsteil 28 ist in entsprechender Weise über ein korrespondierendes, nicht gezeigtes Kupplungsteil für die Abgabe an den Effektor 10 verbindbar.
Für die abnehmbare Befestigung des Hauptstrangs 20 an der Gelenkstelle 12 und am Armteil 8 ist jeweils eine standardisierte Verbindungseinrichtung vorgesehen, die als Aufnahme für die Kupplungsteile 26, 28 jeweils einen gleich ausgebildeten Haltewinkel 40 aufweist, wobei das zweite Kupplungsteil 28 mit einem Schenkel, wie am besten in 2 gezeigt ist, über Schrauben 42 mit der Seitenfläche des Armteils 8 abnehmbar verbunden ist. in entsprechender Weise ist der Haltewinkel 40 des ersten Kupplungsteils 26 mit einem Schenkel mit der Seitenfläche des Gelenkteils 14 abnehmbar verbunden. Der jeweils andere Schenkel des Haltewinkels 40 weist eine vom Grundkörper 36 der Kupplungsteile 26 und 28 durchgriffene Öffnung als Aufnahme auf, in der das jeweilige Kupplungsteil 26, 28 gesichert ist, wenn diese mit dem (nicht gezeigten) korrespondierenden Kupplungsteil gekuppelt sind. Bei dieser Anordnung können, wenn ein Wechsel des Hauptstrangs 20 durchzuführen ist, sei es um einen Defekt der Versorgungseinrichtung zu beheben oder um für eine geänderte Betriebsweise andersartige Versorgungsstränge vorzusehen, bei entkuppelten Kupplungsteilen 26 und 28 diese aus der Aufnahmeöffnung am Haltewinkel 40 herausgenommen werden, ohne dass die Haltewinkel 40 abgeschraubt werden müssen. Die erfindungsgemäße Versorgungseinrichtung braucht nicht auf die Anwendung bei Handhabungssystemen, wie Robotern, eingeschränkt zu sein, sondern kann immer dort eingesetzt werden, wo allgemein solche Versorgungseinrichtungen als wechselbare Austauscheinheiten sinnvoll sind, beispielsweise bei Werkzeugmaschinen, in der Medizin- oder Lebensmitteltechnik, bei Fahr-, Flug- und Schienenfahrzeugen etc.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 102012001529 A1 [0006, 0022]

Claims

Handhabungssystem, mit einem Handhabungsarm (4), der vorzugsweise aus mehreren mittels mindestens eines Antriebes bewegbaren Armteilen (6, 8) besteht, die über Gelenkstellen (12, 18) miteinander verbunden sind, und mit einer Versorgungseinrichtung (20), die einzelne Versorgungsstränge aufweist, die der Zufuhr von elektrischer und/oder fluidischer Energie zu Abnehmern, wie dem jeweiligen Antrieb, dienen und zumindest teilweise Bestandteil des Handhabungsarms (4) mit seinen Armteilen (6, 8) sind, dadurch gekennzeichnet, dass die einzelnen Versorgungsstränge zu einem gemeinsamen Hauptstrang (20) zusammengefasst sind, der endseitig jeweils ein Anschluss-Kupplungsteil (26, 28) aufweist, der mit einer Ummantelung (22) schützend die Versorgungsstränge umgibt und der, als austauschbare Wechseleinheit konzipiert, über an den beiden Kupplungsteilen (26, 28) befindliche Aufnahmen (40) an dem Handhabungsarm (4) abnehmbar und von außen her zugänglich angebracht ist.
Handhabungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Hauptstrang (20) mit seinem ersten freien Ende respektive ersten Kupplungsteil (26) an einer dem ersten Armteil (6) zugeordneten Gelenkstelle (12) und mit seinem anderen freien Ende respektive zweiten Kupplungsteil (28) an dem letzten Armteil (8) des Handhabungsarms (4) angeordnet ist und dass das erste Kupplungsteil (26) dem Einspeisen von Energie und das zweite Kupplungsteil (28) der Abgabe der eingespeisten Energie dient.
Handhabungssystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Armteil (6) schwenkbar auf einem Sockel (2) angeordnet ist und dass das letzte Armteil (8) des Handhabungsarmes (4) eine mit Energie zu versorgende Handhabungs- oder Bearbeitungseinheit (10) aufweist.
Handhabungssystem nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ummantelung (22) des Hauptstranges (20), wie die einzelnen Versorgungsstränge, flexibel ausgebildet ist und jeder vorgesehenen Bewegung der Armteile (6, 8) des Handhabungsarmes (4) nachfolgt, so dass sie insbesondere auch im gestreckten Zustand des Handhabungsarms (4) und parallel zu diesem verlaufend die Energieversorgung nebst Einspeisung gewährleistet.
Handhabungssystem nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bis auf die beiden Kupplungsteile (26, 28) mit ihren Aufnahmen (40) der Hauptstrang (20) frei bewegbar entlang der Außenseite der Armteile (6, 8) angeordnet ist, die sich entlang einer Bewegungsebene derselben erstreckt.
Handhabungssystem nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an der jeweiligen Gelenkstelle (12, 18) der Hauptstrang (20) eine maximale Umlenkung erfährt, bei der die der Umlenkung benachbarten Strangteile des Hauptstranges (20) unter Einbezug des jeweiligen Kupplungsteils (26, 28) knickfrei in Anlage miteinander bringbar sind.
Handhabungssystem nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die jeweilige Aufnahme für ein Kupplungsteil (26, 28) des Hauptstranges (20) eine standardisierte Verbindungseinrichtung aufweist, die mit einer zugeordneten Aufnahme (40) an einem der Armteile (6, 8) in wieder lösbarer Weise verbindbar ist, und dass alle einwechselbaren Hauptstränge (20), auch bei zueinander unterschiedlicher Ausgestaltung, sich über die standardisierte Verbindungseinrichtung an dem jeweiligen Armteil (6, 8) festlegen lassen.
Versorgungseinrichtung mit einzelnen flexibel ausgebildeten Versorgungssträngen, die der Zufuhr von elektrischer und/oder fluidischer Energie dienen, insbesondere vorgesehen für einen bewegbaren Arm (4) eines Handhabungssystems nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die einzelnen Versorgungsstränge zu einem gemeinsamen Hauptstrang (20) zusammengefasst sind, der endseitig jeweils ein Anschluss-Kupplungsteil (26, 28) aufweist, mit einer flexiblen Ummantelung (22) schützend die Versorgungsstränge umgibt und, als austauschbare Wechseleinheit konzipiert, mittels Aufnahmen (40) an den Kupplungsteilen (26, 28) an Drittbauteilen, wie Armteilen (6, 8) des bewegbaren Arms (4), in abnehmbarer Weise festlegbar ist.
Versorgungseinrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der jeweilige Versorgungsstrang aus einem elektrische Versorgung oder Informationen übertragenden Kabel oder einer pneumatischen oder einer hydraulischen Verbindungsleitung gebildet ist, die jeweils beidseitig in Stecker- und Anschlussteilen enden, die in dem jeweils zuordenbaren Kupplungsteil (26, 28) geführt sind.
Versorgungseinrichtung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass an jedem Ende des Hauptstranges (20) eine Verschraubungsmöglichkeit (32) vorgesehen ist zwecks Anbringen einer Schlauchbündelung (34) als verbindender Übergang zu dem jeweiligen Kupplungsteil (26, 28).