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Die Erfindung betrifft einen Roboter mit mehreren Gelenkarmen, die bevorzugt mit Torquemotoren angetrieben sind.
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Derartige Roboter werden insbesondere für leichte Fräsarbeiten eingesetzt, z. B. für die Nachbearbeitung von Druckgussteilen oder zum Fräsen/Entgraten von Kunststoffteilen. Hierbei ist insbesondere eine hohe Wiederholgenauigkeit und gute Erreichbarkeit des Werkstücks gefordert. Für den erstgenannten Zweck werden zunehmend sog. Torquemotoren eingesetzt, die ohne Getriebe auskommen und damit eine wesentlich höhere Gesamtsteifigkeit des Roboters erzielen. Weitere Vorteile der Torquemotoren sind eine kompakte Bauform und der Entfall von Verdrehspiel. Der Motor kann unmittelbar auf die anzutreibende Welle aufgesetzt werden, so dass sich Montagekosten reduzieren lassen. Da zudem die Wartungskosten gering sind, wird dieser Motorentyp zunehmend im Werkzeugmaschinebau für schnelle und genaue Verfahr- und Positionieraufgaben eingesetzt.
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Die zweitgenannte Aufgabe der Erreichbarkeit von Werkstücken, insbesondere der Seitenflächen mit möglichst lotrechter Werkzeugausrichtung oder gar der Unterseite der oft quaderförmigen Werkstücke bedarf oft zusätzlicher Linearführungen in Form von Schienen, Drehtischen oder Kreuzschlitten, auf dem der Roboter und/oder das Werkstück aufgesetzt ist/sind. Diese Maßnahmen zur Vergrößerung des Arbeitsraums (maximale Hüllkurve des Roboters) erhöht jedoch den Bauaufwand erheblich. Zudem fallen bei der Bearbeitung häufig abrasive Stäube an, die sich in den Linearführungen absetzen und den Verschleiß erheblich steigern, so dass bereits nach kurzer Zeit die Genauigkeit leidet, selbst wenn der Roboter in einer sog. Roboterzelle mit Absaugung positioniert ist. Diese Roboterzellen dienen auch dazu, Personen vor einem gefahrbringenden Zutritt in den Arbeitsbereich des Roboters zu schützen. Typischerweise ist dabei die Roboterzelle nahe an der Primär-Maschine (z. B. einer Druckguss- oder Thermoformmaschine) angeordnet, so dass der Roboter eine möglichst kompakte, staubgeschützte Bauform bei möglichst maximalem Arbeitsbereich aufweisen sollte.
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Derartige Roboterzellen sind in zahlreichen Fällen so ausgebildet, dass unterschiedliche Bearbeitungen oder auch Messungen durchgeführt werden können. Dementsprechend muss die Roboterzelle und der Roboter hierfür in geeigneter Weise angepasst werden. Diese Anpassung umfasst nicht nur eine geänderte Programmierung des Roboters, der in den unterschiedlichen Arbeitsmodi der Maschine unterschiedliche Bearbeitungsvorgänge durchführen muss. Typischerweise ändern sich auch die zu bearbeitenden Werkstücke und damit allgemein auch die Werkstückzufuhr zum Roboter. Dies wiederum bedeutet, dass die Roboterzelle zur Anpassung an die geänderten Gegebenheiten umgebaut werden muss. Der Aufwand hierfür ist unerwünscht hoch, wobei besonders nachteilig ist, dass dieser Aufwand bei jedem Betriebsartwechsel erneut anfällt.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Roboter der eingangs genannten Art schaffen, die bei geringem konstruktivem Aufwand eine erhöhte Funktionalität aufweist.
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Zur Lösung dienen die Merkmale des Anspruchs 1. Vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.
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Ein wesentlicher Vorteil der Erfindung besteht darin, dass der Roboter ohne größere Umbauten und konstruktive Änderungen an unterschiedliche Bearbeitungsvorgänge angepasst werden kann. Dem zugrunde liegenden Roboter mit fünf Rotationsachsen, die bevorzugt mit Torquemotoren angetrieben sind, wird dabei eine Zusatzdrehachse hinzugefügt, die einem spitzen Winkel, bevorzugt 45° zur Basis angeordnet ist, wobei diese Zusatzdrehachse insbesondere als knieförmiger Rohrbogen mit staubdichter Kapselung ausgeformt ist. Hierdurch kann die Grundausrichtung des Roboters nach rechts oder links geneigt werden, so dass auch Seitenflächen oder gar die Unterseite des Werkstücks gut zugänglich sind und das Fräs- oder Entgratwerkzeug fast immer lotrecht zur Bearbeitungsstelle geführt werden kann. Die Drehebene der Zusatzachse ist dabei etwa in der mittleren Höhe des zu bearbeitenden oder zu vermessenden Werkstücks angeordnet ist. Die Grundausrichtung kann auch nach vorne zum Werkstück hin gedreht werden, so dass die Ausladung des Roboters erhöht wird. Bei einer Drehung der geneigten Zusatzdrehachse vom Werkstück weg, ergibt sich eine kompakte Ausgangsposition, so dass der Roboter ggf. zusammen mit einer Werkstückauflage in einer transportablen Einheit in Art einer Roboterzelle angeordnet werden kann, um insbesondere mit einem Gabelstapler zu einem anderen Standort transportiert zu werden. Diese Roboterzelle weist bevorzugt auch eine Absaugeinheit auf.
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Die vorstehend genannten Torquemotoren sind an zumindest zwei Achsen vorgesehen und weisen bevorzugt eine Achsklemmung auf, um die Gesamtsteifigkeit bei der Bearbeitung zu verbessern. Der Roboter ist bevorzugt stehend angeordnet, insbesondere auf einer Art Palette oder in einem Container. Wenn der Roboter an einer zusätzlichen Linearachse verfahrbar sein soll, um seinen Arbeitsraum weiter zu vergrößern, wird dieser in hängender Positionierung oder an einer Seitenwand angebracht, um die Führungen zu schützen.
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Die Gelenkachsen sind bevorzugt mit Ferraris-Sensoren ausgerüstet, da diese hohen Beschleunigungen widerstehen und hochgenau sind. Insbesondere können damit Schwingungen des Messsystems verhindert werden und eine verbesserte Regelung erzielt werden. Der Roboter ist bevorzugt an seiner Spitze mit wenigstens einem Fräswerkzeug, ggf. auch mit Revolverprinzip zum schnellen Werkzeugwechsel ausgestattet, wobei die Antriebsspindel insbesondere in einem Gabelkopf gelagert ist. Die erfindungsgemäße Zusatzdrehachse, insbesondere in Form des beschriebenen Rohrbogens lässt sich durch Einfügen zwischen den Sockel und den Gelenkarmen auch bei bestehenden Mehrachsen-Roboter einfach nachrüsten, so dass auch vorhandene Roboter von der verbesserten Funktionalität profitieren können.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnungen erläutert. Hierbei zeigen:
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1 einen Roboter in Perspektivansicht bei der Bearbeitung eines Werkstücks;
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2 den Roboter gemäss 1 in einer zur Seite gedrehten Position;
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3 den Roboter gemäss 1 und 2 bei der Unterseiten-Bearbeitung; und
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4 den Roboter in einer zum Werkstück hin gedrehten Position.
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Die 1 bis 3 zeigen ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Roboters 1. Der Roboter 1 bildet hier zusammen mit einer Werkstückauflage 5 eine flexible Roboterzelle 1a, deren Umrisse hier mit Strichpunktlinien angedeutet ist und die benachbart zu nicht dargestellten Maschinen positioniert werden kann, so dass der Roboter 1 unterschiedliche Bearbeitungsvorgänge durchführen kann. Um die Roboterzelle 1a transportabel zu gestalten, ist diese an ihrer Basis 2 hier mit Staplerschuhen 2b versehen, mit welchen die Roboterzelle 1a unter Verwendung eines Gabelstaplers rasch zu verschiedenen Standorten in einer Fabrikhalle transportiert werden kann. Hierbei ist auch ein Krantransport leicht ausführbar.
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Innerhalb der Roboterzelle 1a ist der Roboter 1 mit einem Sockel 2a auf der Basis 2 verankert, auf der ebenfalls eine horizontal ausgerichtete Werkstückauflage 5 vorgesehen ist, so dass der Roboter 1 an einem dort gelagerten Werkstück 4 (hier in Form eines Quaders) Bearbeitungsvorgänge durchführen kann. Wie in den 2 und 3 gezeigt, sind die Seiten und sogar die Unterseite erreichbar. Zur Werkstückzufuhr können Förderbänder, Rollenbahnen und dergleichen vorgesehen sein. Die Roboterzelle 1a bildet für die Werker eine Schutzeinrichtung, so dass keine Person in den gefahrbringenden Arbeitsbereich der Roboterzelle 1 eingreifen kann.
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Erfindungsgemäss ist der Roboter 1 mit mehreren Gelenkarmen 1b, insbesondere mit fünf Drehachsen a, b, c, d, e (hier sind deren Drehebenen angedeutet) ausgerüstet, die bevorzugt mit Torquemotoren angetrieben sind, wobei hier noch eine Zusatzdrehachse 3 in einem spitzen Winkel zur Basis 2 vorgesehen ist. Der spitze Winkel beträgt hier insbesondere 45°. Es können jedoch auch Neigungswinkel mit 30° oder 60° vorgesehen sein. Der Roboter 1 weist somit an der Zusatzdrehachse 3 einen knieförmigen Rohrbogen 3a auf. Die Drehebene der Zusatzdrehachse 3 ist etwa in der mittleren Höhe M des zu bearbeitenden oder zu vermessenden Werkstücks 4 angeordnet ist, so dass alle Bereiche des Werkstücks 4 und sogar die Unterseite erreicht werden können (vgl. 3). Die Roboterzelle 1a weist zudem eine an sich bekannte Absaugeinheit auf. Innerhalb der Roboterzelle 1a kann der Roboter 1 auch an einer Seitenwand oder hängend positioniert sein, wobei dann auch einer zusätzliche Linearachse möglich ist.
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Die relativ flach bauenden Torquemotoren 3b sind an zumindest zwei Achsen vorgesehen sind und weist bevorzugt eine Achsklemmung auf, um bei der Bearbeitung die Gesamtsteifigkeit des Roboters 1 zu erhöhen. Die Gelenkachsen a bis e und die geneigte Zusatzachse 3 sind vorzugsweise mit Ferraris-Sensoren (nicht dargestellt) ausgerüstet, beispielsweise mit dem Typ ACC 94 der Fa. Hübner, Berlin. An der Spitze des Roboters 1 ist hier ein Fräswerkzeug 7 angeordnet, deren Antriebsspindel doppelseitig in einem Gabelkopf 6 oder einem Orthogonalkopf (mit einseitiger Lagerung) gelagert ist. Es können aber auch andere Werkzeuge eingesetzt werden, wie Bohrspindeln in der GfK/CfK-Fertigung.
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Wie bereits oben als Vorteil herausgestellt, kann die Zusatzdrehachse 3, insbesondere in Form des Rohrbogens 3a auch leicht nachgerüstet werden, indem ein vorhandener Roboter 1 zwischen Sockel 2a und den Gelenkarmen 1b getrennt wird und der Rohrbogen 3a dort als 6. Achse hinzugefügt wird. Somit ergibt sich ein hochfunktionaler Roboter 1 mit maximierter Hüllkurve auch ohne wartungsintensive Linearführungen. Zudem nimmt eine so gebildete Roboterzelle 1a ein minimiertes Volumen des Werkstückvolumens ein.
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In 2 ist der Roboter 1 mit hier nach links gedrehtem Rohrbogen 3a gezeigt. Hierdurch nimmt das Fräswerkzeug 7 im Gabelkopf 6 zur Bearbeitung der hier hinteren Seite des Werkstücks 4 eine vorteilhafte Position ein, d. h. ist in der Lage, die abgelegene Seite besser zu erreichen. In 3 ist der Rohrbogen 3a zum Werkstück 4 bin gedreht, so dass auch der abliegende Bereich besser erreichbar ist. In der Parkposition oder zu Beginn der Bearbeitung ist der Rohrbogen 3a mit der geneigten Zusatz-Drehachse 3 vom Werkstück 4 weg gedreht, wie in 1 dargestellt, so dass auch in dieser Position die Unterseite des Werkstückes erreichbar ist (sofern die Werkstückauflage entsprechend kleiner ausgeführt ist). Somit lässt sich eine kompakte, dynamische Roboterzelle 1a aufbauen, die zudem schnell transportierbar bzw. umsetzbar ist.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Roboter
- 1a
- Roboterzelle
- 1b
- Gelenkarme
- 2
- Basis
- 2a
- Sockel
- 2b
- Staplerschuhe
- 3
- Zusatzdrehachse
- 3a
- Rohrbogen
- 3b
- Torquemotor
- 4
- Werkstück (Quader)
- 5
- Werkstückauflage
- 6
- Gabelkopf (oder Orthogonalkopf)
- 7
- Fräswerkzeug
- a, b, c, d, e
- Achsen (Drehebenen)
