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Die
Erfindung betrifft eine Anschlussvorrichtung für einen Industrieroboter.
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Aus
der
EP 0 479 740 A1 ist
eine Anschlussvorrichtung für
einen Industrieroboter bekannt, welche zangenartig ausgebildet ist,
einen schwenkbaren Roboterarm trägt
und auf einem Träger
in Form eines rechteckigen Hohlprofils verschiebbar ist. Um den Roboterarm
vom Träger
zu lösen,
ist der Roboterarm samt zangenartiger Anschlussvorrichtung vom Träger abzunehmen.
Die Anschlussvorrichtung umfasst ein an einer ersten Seitenfläche des
Trägerprofil
anliegendes Mittelstück
sowie zwei an jeweils eine weitere Seitenfläche des Trägers anklappbare Seitenteile.
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Industrieroboter
sind in mehreren, vorzugsweise in mindestens drei Freiheitsgraden
frei programmierbare universelle Handhabungsgeräte, die mit zweckdienlichen
Greifern oder Arbeitsorganen ausrüstbar sind. Es werden Portal-,
Linear-, Knickarm- und Schwenkarmbauweise unterschieden. Wichtige
Teilsysteme eines Industrieroboters sind Kinematik-Steuerungssystem,
Antriebssystem, Wegmesssystem und Sensorsystem.
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Die
Kinematik kann sowohl rotatorische als auch translatorische Elemente
aufweisen. Der kinematische Aufbau besteht beispielsweise aus achsbezogenen
Segmenten, Servoantrieben, Zwischengetrieben und Lagern, wobei als
Servoantriebe vorzugsweise bürstenlose
Drehstrom-Motoren verwendet werden. Die Drehachse wird zumeist direkt
und die Schwenkachsen über
einen Zahnriemen angetrieben. Spezielle Getriebe dienen der Kraftübertragung
vom Servoantrieb zur jeweiligen Achsbewegung. Als Antriebssysteme
sind Elektromotoren, Hydraulikmotoren oder -zylinder sowie vereinzelt
auch positionierbare pneumatische Antriebssysteme vorgesehen. Der
Motor kann dabei von einer Punkt-, Bahn- oder Sensorsteuerung mit
Stellbefehlen versorgt werden. Als Wegmesssysteme kommen lineare oder
rotatorische, digitale oder analoge Weg- und Winkelmesssysteme zum
Einsatz. Als Sensoren werden berührende
oder berührungslose
Sensoren eingesetzt. Wichtige Anwendungsgebiete von Industrierobotern
sind Beschichten, Lackieren, Schweißen, Schleifen, Polieren, Entgraten
sowie das Be- und Entladen.
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Insbesondere
beim Be- und Entladen werden sechsachsige, d.h. mit sechs Freiheitsgraden ausgestattete
Industrieroboter eingesetzt. Derartige Industrieroboter weisen einen
Roboterarm auf, der auf eine Basis montiert ist. Bei diesen Industrierobotern,
die auch als Gelenkarmroboter bezeichnet werden, wird als erste
Achse diejenige Achse definiert, um die sich der Roboter auf der
als Karusell dienenden Basis drehen kann. Unmittelbar an die Basis
anschließend
ist im unteren Bereich des Roboterarms die zweite Achse angeordnet,
um die eine Schwenkung des Roboterarms erfolgt. Die dritte Achse
des Roboterarms ist an dem der Basis abgewandte Ende des Roboterarms
angeordnet, an die sich ein Handachsenantrieb anschließt. Der
um die dritte Achse schwenkbare Handachsenantrieb weist ein Halsstück auf,
an dem ein Handachsenkopf vorgesehen ist. Diese Bauelemente ermöglichen
die Achsbewegungen um die vierte, fünfte und sechste Achse des Industrieroboters.
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Ein
derartiger sechsachsiger Industrieroboter weist einen genau definierten
Arbeitsbereich auf, der sich aus dem Schwenkbereich des Roboterarms ergibt.
Zu Vergrößerung des
Arbeitsbereiches können
Industrieroboter auf eine Linearführung montiert werden, die
als siebente Achse dient. Hierbei ist von Nachteil, dass die gesamte,
den Roboterarm tragende Basis auf der Linearführung mitbewegt werden muss.
Insbesondere bei größeren Industrierobotern, beispielsweise
bei Robotern, die eine Traglast von mehr als 100 kg erlauben, ist
das Gewicht der Basis erheblich. Um eine schnelle, präzise und
vibrationsarme Bewegung des Industrieroboters auch in Linearrichtung
zu gewährleisten
müssen
Linearführungen
daher besonders aufwändig
gestaltet sein.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen universell einsetzbaren
Industrieroboter zu schaffen, der eine besonders einfache und zugleich kompakte
Bauform aufweist. Diese Aufgabe wird durch eine Anschlussvorrichtung
für einen
Industrieroboter nach Anspruch 1 gelöst.
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Der
erfindungsgemäße Anschlussadapter für einen
Industrieroboter mit einem Roboterarm und einer den Roboterarm tragenden
Basis weist ein erstes Verbindungsglied zum Anschließen des
Roboterarmes und ein zweites Verbindungsglied zum Anschließen eines
auf einer Linearführung
als erste Achse des Roboterarms verfahrbaren Montageschlittens als
Basis auf.
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Ein
wesentlicher Punkt der Erfindung liegt darin, einen Anschlussadapter
zur Verfügung
zu stellen, mit deren Hilfe ein von dem Karusell getrennter Roboterarm
mit einer Linearführung
verbunden wird. Der Anschlussadapter ist dabei für eine Montage des Roboterarms
derart ausgestaltet, dass die bisherige erste Achse des Industrieroboters,
also die Drehachse, um die sich der Roboterarm auf der Basis dreht, durch
eine Linearachse ersetzt wird. Durch das entstehende System wird
der Arbeitsbereich des Industrieroboters auf unkomplizierte Art
und Weise vergrößert, ohne
nachteilige Auswirkungen, beispielsweise die Erhöhung des Gesamtgewichts, in
Kauf nehmen zu müssen.
Eine über
die bereits bestehenden sechs Achsen hinausgehende weitere siebente
Achse als Linearführung
ist nicht notwendig. Dadurch wird die Konstruktion des Industrieroboters
stark vereinfacht. Anstelle des ursprünglich als Basis vorgesehenen Karussells
kommt ein Montageschlitten zum Einsatz, der direkt auf der Linearachse
verfahrbar ist. Dadurch verringert sich das Gesamtgewicht des Industrieroboters
erheblich. Zugleich ergibt sich eine wesentlich kompaktere Bauform.
Im Ergebnis müssen
die Linearführungs-Systeme
weniger aufwändig
gestaltet sein. Dadurch verringern sich die Herstellungskosten für derartige
Industrieroboter.
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In
der in Anspruch 2 beanspruchten Ausführungsform ist die Antriebseinheit
für die
zweite Achse des Roboterarmes am Anschlussadapter angeschlossen.
Mit anderen Worten ist Motor und/oder Getriebe der Antriebseinheit
direkt mit dem Anschlussadapter verbunden. Der Anschlussadapter dient
quasi als eine Art Führung
für die
zweite Achse des Roboterarmes derart, dass die zweite Achse des Roboterarms
durch den Anschlussadapter, also direkt am Montageschlitten verläuft. Der
Anschlussadapter kann dabei derart dimensioniert sein, dass er gleichzeitig
als eine Art Distanzstück
dient, um den erforderlichen Abstand zwischen Motor und Getriebe zu
gewährleisten.
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Besonders
vorteilhaft ist eine weitere Ausführungsform der Erfindung nach
Anspruch 3, wonach der Anschlussadapter nach Art eines Hohlzylinders
ausgebildet ist. Diese Adapterform stellt besonders universell einsetzbare
Verbindungsflächen,
beispielsweise die Stirnseiten oder die Mantelfläche, zur Verfügung.
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Als
besonders gut geeignet hat sich weiterhin eine Ringform erwiesen.
Bei einer derartigen Form, bei der die Breite des Adapters kleiner
ist als sein Durchmesser, ist eine besonders kompakte Bauform erreichbar.
Roboterarm und Montageschlitten werden im montierten Zustand lediglich
durch den relativ schmalen Adapterring miteinander verbunden. Der
Adapterring ist dabei vorzugsweise nach Art einer Adapterscheibe
mit eine zentral angeordneten Kreisöffnung ausgestaltet.
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Der
Anschlussadapter weist dabei vorteilhafterweise mehrere voneinander
verschiedene Außen- und/oder
Innendurchmesser auf (Anspruch 4). Dadurch wird der Anschlussadapter
universell einsetzbar. Mit Hilfe eines solchen Anschlussadapters
ist es möglich,
Roboterarme verschiedenster Bauart an ein und derselben Linearführung zu
befestigen.
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Besonders
vorteilhaft ist die Ausführungsform
nach Anspruch 5, bei der die Verbindungselemente des Anschlussadapters
an seinen Stirnseiten angeordnet sind. Mit anderen Worten bilden
die Stirnseiten des Adapters die Verbindungsfächen sowohl zum Roboterarm
als auch zum Montageschlitten. Dadurch wird ein universell einsetzbares
Anschlusssystem geschaffen, bei dem auch die unterschiedlichsten
Roboterarme verwendet werden können.
Zusätzlich
oder alternativ zu den Stirnseiten können auch die Seiten- oder
Mantelflächen
des Anschlussadapters als Verbindungsflächen genutzt werden.
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Nach
der Erfindung sind Verbindungselemente zur Ausbildung von lösbaren Verbindungen vorgesehen.
Dadurch wird ein besonders flexibles Anschlusssystem geschaffen,
welches es ermöglicht,
Roboterarme innerhalb kürzester
Zeit zu montieren bzw. auszutauschen.
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Besonders
vorteilhaft ist es jedoch, wenn Schraubverbindungen zum Einsatz
kommen (Anspruch 6). Diese sehr sicheren Verbindungen sind besonders
einfach herzustellen und zu lösen.
In diesem Fall sind als Verbindungselemente beispielsweise Schraubbohrungen
mit oder ohne Gewinde und/oder entsprechende Schraubenelemente vorgesehen.
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Die
erfindungsgemäße Anschlussvorrichtung
weist neben dem oben beschriebenen Anschlussadapter einen auf einer
Linearführung
als erste Achse des Roboterarms verfahrbaren Montageschlitten als
Basis auf.
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Zur
Bewegung der Anschlussvorrichtung auf der Linearachse weist der
Montageschlitten nach der Lehre des Anspruchs 7 wenigstens eine
Führungsnut auf,
die zur Aufnahme einer entsprechenden Führungsschiene ausgebildet ist.
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Die
Führungsnut
verläuft
dabei vorteilhafterweise parallel zur zweiten Achse des Roboterarms (Anspruch
8). Dadurch wird erreicht, dass ein besonders großer Arbeitsbereich
des Roboterarms auf einer Seite der Linearführung liegt. Je nach Einsatzzweck
kann der Roboterarm aber auch derart an der Basis befestigt sein,
dass erste Achse und zweite Achse des Industrieroboters nicht parallel
zueinander verlaufen. Dies kann sowohl durch die Anordnung der Führungsnut
als auch durch die Anordnung der Anschlusselemente erreicht werden.
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Nach
der Lehre des Anspruchs 9 ist eine besonders sichere Linearbewegung
gewährleistet, wenn
der Montageschlitten zwei parallel versetzt zueinander angeordnete
Führungsnuten
zur Aufnahme eines Schienenpaares aufweist. Dabei kann beispielsweise
eine Schiene als Antriebsschiene eine Zahnstange aufweisen, während die
zweite Schiene lediglich als Auflage- oder Hilfsschiene dient.
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In
einer weiteren, in Anspruch 10 beanspruchten Ausführungsform
der Erfindung weist der Montageschlitten ein zweites Anschlusselement
auf. Dieses Anschlusselement dient dem Anschluss einer Antriebseinheit,
die die erste Achse des Roboterarms antreibt, mit anderen Worten
also den Montageschlitten auf der Line arführung verfährt. Dies bedeutet, dass die
Antriebseinheit des Roboterarmes, die zuvor für die Drehbewegung des Roboterarms
am Karussell ermöglicht
hat, nunmehr für
den Antrieb des Montageschlittenes auf der Linearachse verwendet wird.
Für die
Bewegung des Roboterarmes ist daher kein zusätzlicher Motor sowie gegebenenfalls
kein zusätzliches
Getriebe erforderlich. Dies trägt
wiederum zu einer besonders leichten und auch kompakten Bauform
des Industrieroboters bei.
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Nach
der Lehre des Anspruchs 11 ist das zweite Anschlusselement des Montageschlittens
zur Aufnahme eines Getriebeelements ausgebildet. Wird beispielsweise
ein Zahnritzels als Getriebeelement verwendet, kann der Montageschlitten
mit Hilfe einer Zahnstange auf der Linearachse bewegt werden.
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Die
Anschlussvorrichtung weist ein Anschlusselement auf, das zum Anschließen des
zuvor beschriebenen Anschlussadapters am Montageschlitten dient.
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Dieses
Anschlusselement ist nach Art eines Auges ausgebildet. Damit ist
besonders die Anordnung der zweiten Achse des Roboterarmes sowie
der Anschluss der Antriebseinheit für die zweite Achse direkt am
Anschlussadapter auf einfache Art und Weise möglich. Das Anschlussauge ist
dabei vorteilhafterweise in Form und Größe dem zweiten Verbindungselement
des Anschlussadapters angepasst. Das Anschlussauge ist vorzugsweise
scheibenförmig ausgebildet,
so dass beispielsweise am Augenumfang Verbindungsflächen ausgebildet
sind, die entsprechende Verbindungselemente wie beispielsweise Schraubbohrungen
aufweisen. Besonders vorteilhaft ist es, wenn der ringförmige Anschlussadapter verschiedene
Durchmesser aufweist. Dann kann beispielweise einer der Außendurchmesser
des Anschlussadapters derart bemessen sein, dass dieser Teil des
Anschlussadapters in das Anschlussauge eingeführt werden kann. Der derart
eingeführte
Anschlussadapter kann dann beispielsweise durch Verbinden des sich
außerhalb
des Auges befindenden Anschlussadapterteils am Anschlussauge derart
fixiert werden, dass der Anschlussadapter im Auge zentriert wird.
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Der
Montageschlitten ist vorzugsweise aus einem Aluminium-Material gefertigt
(Anspruch 12). Dies führt
zu einer weiteren Verminderung des Arbeitsgewichtes des Industrieroboters.
Besonders vorteilhaft ist die Verwendung eines Aluminium-Druckgussteils.
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Weitere
Ausführungsformen
der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Nachfolgend
wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels beschrieben,
das anhand der Abbildungen näher
erläutert
wird. Hierbei zeigen:
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1 eine schematische Darstellung
eines sechsachsigen Industrieroboters,
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2 eine Teilansicht eines
Industrieroboters in Explosionsdarstellung.
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In 1 ist ein erfindungsgemäßer Industrieroboter 1 mit
seinen Bewegungsachsen dargestellt. Der Industrieroboter 1 besteht
dabei im Wesentlichen aus einem Roboterarm 2 und einer
den Roboterarm 2 tragenden Basis 3 auf. Die Basis 3 in Form
eines Montageschlittens weist zwei parallel zueinander verlaufende
Führungsnuten 4 auf,
in denen Führungsschienen
(nicht dargestellt) einliegen, auf denen der Montageschlitten 3,
und mit ihm der Roboterarm 2, auf einer Linearachse 5 verfahrbar
ist.
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Der
Roboterarm 2 ist über
einen mit strichpunktierter Linie dargestellten Anschlussadapter 6 am
Montageschlitten 3 befestigt. Die zweite Achse 7 des
Roboterarms 2 führt
dabei durch den Anschlussadapter 6 hindurch und verläuft parellel
zur ersten Achse 5. Zu beiden Seiten des Anschlussadapter 6 sind
mit durchbrochener Linie dargestellt Antriebselementen der zweiten
Achse 7 angeordnet, nämlich der
Motor 8 der zweiten Achse 7 sowie das Getriebe 9 der
zweiten Achse 7.
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Der
als so genannter Gelenkarm ausgestattete Roboterarm 2 weist
an seinem dem Montageschlitten 3 abgewandte Ende einen
Handachsenantrieb 10 auf, der um die dritte Achse 11 des
Roboterarms bewegbar ist. Auch die dritte Achse 11 verläuft parallel
zur Linearachse 5. Das sich daran anschließende Halsstück schließt mit einem
Handachsenkopf 12 ab.
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Für eine optimale
und flexible Einsetzbarkeit des Roboterarms 2 sind insbesondere
die vierte, fünfte
und sechste Bewegungsachse 13, 14, 15 der Handachse
derart ausgebildet, dass sie einen Arbeitsbereich von beispielsweise ± 540° aufweisen. Die
Hauptachsen 5, 7 und 11 weisen dagegen üblicherweise
einen geringeren Arbeitsbereich, beispielsweise von 120 bis 195° auf.
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In 2 ist zur Verdeutlichung
der Erfindung ein Teil des Industrieroboters 1 in Explosionsdarstellung
abgebildet. Auf der den Führungsnuten 4 gegenüberliegenden
Seite 16 des Montageschlittens 3 ist ein flanschartiges
Anschlusselement 17 angeordnet, das eine kreisförmige Öffnung 18 aufweist.
Das im Wesentlichen plattenförmige
Anschlusselement 17 ragt dabei senkrecht aus der Oberseite 16 des
Schlittengrundkörpers 19 heraus.
Es ist an seinem Fußende
einstückig
mit dem Schlittengrundkörper 19 verbunden
und am gegenüberliegenden
Kopfende abgerundet. Die nach Art eines Auges ausgestaltete Öffnung 18 ist
dabei in einem scheibenförmigen
Abschnitt des Anschlusselements 17 angeordnet, der sich
in etwa mittig im Anschlusselement befindet.
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Die
Augenöffnung 18 weist
an ihrem Umfang beidseitig Verbindungsflächen 20 auf. Die Verbindungsflächen 20 sind
mit in Richtung der zweiten Achse 7 verlaufenden Bohrungen 21 versehen,
die in gleichmäßigen Abständen um
das Auge 18 herum angeordnet sind. An die Verbindungsflächen 20 schliessen
sich Halte- bzw. Stützelemente 22 ab,
die das Auge fixieren und mit dem Schlittengrundkörper 19 verbinden.
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Der
ringförmige
Anschlussadapter 6 weist zwei Abschnitte 23, 24 mit
unterschiedlichem Außendurchmesser
auf. Der Innendurchmesser ist dabei unverändert. Der dem Anschlussauge 18 zugewandte
Adapterabschnitt 24 mit dem größeren Außendurchmesser weist in Richtung
der zweiten Achse 7 verlaufende durchgehende Schraubbohrungen 25 auf.
Diese Bohrungen 25 sind derart angeordnet, dass sie jeweils
entsprechend angeordneten Gegenbohrungen 21 an der Verbindungsfläche 20 des
Anschlussauges 18 zugeordnet sind. Der dem Adapterauge 18 abgewandte
Adapterabschnitt 23 mit dem kleineren Außendurchmesser
weist ebenfalls in Richtung der zweiten Achse 7 verlaufende
Schraubbohrungen 25 auf. Diese dienen zum Anschluss der
entsprechenden Teile der Antriebseinheit 8, 9 der
zweiten Achse 7.
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Mit
Hilfe des ringförmigen
Anschlussadapters 6 wird der Roboterarm 2 am Auge 18 des
Montageschlittens 3 angeschlossen. Dazu werden Anschlussadapter 6 an
einer oder beiden Seiten des Anschlussauges 18 angebracht.
Im vorliegenden Ausführungsbeispiel
werden Getriebe 8 und Motor 9 der zweiten Achse 7 mit
Hilfe des Anschlussadapters 6 an den Montageschlitten 3 montiert.
Dies erfolgt derart, dass der Anschlussadapter 6 mit seinem
den kleineren Aussendurchmesser aufweisenden Teilstück 24 von
der linken Seite in das Anschlussauge 18 eingeführt und
anschliessend derart im Auge 18 fixiert wird, dass er zentriert
im Auge 18 einliegt. Die Fixierung des Anschlussadapters 6 erfolgt
derart, dass das den größeren Aussendurchmesser
aufweisende Teilstück 24 des
Anschlussadapters 6 am Um fang 20 des Anschlussauges 18 mittels
Schraubverbindungen angebracht wird. Im Anschluss daran wird das
Getriebe 8 mit der einen Seite des Anschlussadapters 6 und
der entsprechende Motor 9 mit der gegenüberliegenden Seite des Anschlussadapters 6 mit
Hilfe von Schraubverbindungen verbunden. Die zweite Achse 7,
also die Schwenkachse des Roboterarmes 2, führt somit
sowohl durch den Mittelpunkt des Auges 18 als auch durch
den Mittelpunkt der Anschlussadapteröffnung 26. Mit anderen
Worten durchgreift die Antriebswelle 27 des Motors 9 der zweiten
Achse 7 sowohl den Adapterring 6 als auch das
Anschlussauge 18 des Montageschlittens 3 und greift
in die dafür
vorgesehene Öffnung 28 des
Getriebes 8 der zweiten Achse 7 ein. Im montierten
Zustand ergibt sich eine sehr kompakte Bauform, bei der Motor 9 und
Getriebe 8 der zweiten Achse 7 mit dem ringförmigen Anschlussadapter 6 direkt
am Anschlussauge 18 des Montageschlittenes 3 angebracht
sind. Das Getriebe 8 wiederum ist mit dem Roboterarm 2 verbunden,
der die Verbindung zwischen der zweiten und der dritten Achse 7, 11 herstellt.
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Der
Montageschlitten 3 weist ein weiteres Anschlusselement 29 zur
Aufnahme eines Zahnritzels 30 auf. Das Zahnritzel 30 dient
zum Antrieb des Montageschlittenes 3 mittels einer Zahnstange
(nicht abgebildet) und wird durch den Motor 31 der ersten Achse 5 über das
entsprechende Getriebe 32 angetrieben.
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- 1
- Industrieroboter
- 2
- Roboterarm
- 3
- Montageschlitten
- 4
- Führungsnut
- 5
- Erste
Achse
- 6
- Aschlussadapter
- 7
- Zweite
Achse
- 8
- Motor
- 9
- Getriebe
- 10
- Handachsenantrieb
- 11
- Dritte
Achse
- 12
- Handachsenkopf
- 13
- Vierte
Achse
- 14
- Fünfte Achse
- 15
- Sechste
Achse
- 16
- Oberseite
des Montageschlit
-
- tens
- 17
- Anschlusselement
- 18
- Auge
- 19
- Schlittengrundkörper
- 20
- Verbindungsfläche
- 21
- Schraubbohrung
- 22
- Halteelement
- 23
- Erster
Abschnitt
- 24
- Zweiter
Abschnitt
- 25
- Schraubbohrung
- 26
- Adapteröffnung
- 27
- Antriebswelle
- 28
- Getriebeöffnung
- 29
- Anschlusselement
- 30
- Zahnritzel
- 31
- Motor
- 32
- Getriebe