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Die Erfindung betrifft einen Roboterarm mit wenigstens zwei verstellbaren Armsegmenten, die mit einem von dem äußeren Armsegment getragenen Arbeitsgerät, mit einer entlang der Armsegmente geführten Energieversorgungsleitung zur Versorgung des Arbeitsgerätes mit der benötigten Energie und mit einer mittels eines Stellaktors betätigbaren Leitungszuführung. Des Weiteren ist eine Leitungszuführung für einen solchen Roboterarm beschrieben.
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Roboterarme umfassen in vielen Fällen zumindest zwei gegeneinander verstellbare Armsegmente. Die Verstellbewegung zweier solcher Armsegmente kann translatorisch, rotatorisch oder auch schwenkbar oder auch in einer Kombination dieser beiden Bewegungen ausgelegt sein. Das äußere Armsegment trägt ein Arbeitsgerät, mit dem an einem Werkstück eine bestimmte Bearbeitung oder eine Handhabung vorgenommen werden soll. Hierbei kann es sich beispielsweise um ein Schweißgerät, ein Klebegerät oder ein mechanisches Werkzeug handeln. Zur Energieversorgung eines solchen Arbeitsgerätes dient eine Energieversorgungsleitung. Hierbei kann es sich um ein oder mehrere beispielsweise elektrische Versorgungskabel handeln. Gleichermaßen sind auch andere Energiezuführungen möglich, beispielsweise Schläuche zum Durchleiten eines Fluids. Für den Fall, dass mehrere einzelne Energieversorgungsleitungen vorgesehen sind, werden diese im Rahmen dieser Ausführungen insgesamt als Energieversorgungsleitung angesprochen, da diese typischerweise von einem Schutzschlauch, etwa als Wellschlauch ausgelegt, umgeben sind. Je nach Aufstellung des Arbeitsgerätes kann es erforderlich sein, diesem neben der für den Betrieb benötigten Energie Verbrauchsstoffe zuzuführen, beispielsweise Klebemittel oder dergleichen, wenn es sich bei dem Arbeitsgerät um ein Verbrauchsstoffe verarbeitendes Gerät, beispielsweise ein Klebegerät handelt. Derartige Verbrauchsmittelzuführleitungen sind ebenfalls in einem solchen Schutzschlauch angeordnet.
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Werden zwei Armsegmente eines solchen Roboterarmes gegeneinander verstellt, muss die Energieversorgungsleitung entsprechend nachgeführt werden. Zu diesem Zweck ist die Versorgungsleitung zugfest an das Arbeitsgerät bzw. das das Arbeitsgerät tragende Armsegment angeschlossen, so dass bei einer benötigten Energieversorgungsleitungsnachführung dieses durch die Verstellbewegung nachgezogen wird. Um eine bestimmungsgemäße Rückstellung zu gestatten, erfolgt eine solche Nachführung in aller Regel gegen die Kraft einer Rückstellfeder, damit eine Rückstellung ebenfalls durch einen auf die Energieversorgungsleitung wirkenden Zug und weniger durch einen durch die Verstellung des äußeren Armsegmentes bedingten Schub erfolgt. Um vor allem eine bestimmungsgemäße Zurückführung der Energieversorgungsleitung im Zuge eines Zurückstellens des äußeren Armsegmentes gegenüber dem benachbarten inneren Armsegment zu gewährleisten, ist aus
DE 10 2013 205 332 A1 eine aktive Leitungszuführung beschrieben. Bei der aus diesem Dokument bekanntgewordenen Leitungszuführung dient ein Stellantrieb, der an die Energieversorgungsleitung angeschlossen ist, zum Zuführen und zum Zurückführen der Energieversorgungsleitung in Abhängigkeit von der in Folge einer Verstellung des äußeren Armsegmentes benötigten Länge. Diese vorbekannte Leitungszuführung verfügt über einen Elektromotor, der einen in Verstellrichtung der Energieversorgungsleitung schub- und zugfest an diese angeschlossenen Mitnehmer antreibt. Entsprechend der durchgeführten oder auch erwarteten Armsegmentverstellbewegung und der daraus resultierenden benötigten Energieversorgungsnachführung wird der an die Energieversorgungsleitung angeschlossene Mitnehmer entsprechend bewegt. Durch diese Leitungszuführung kann die Energieversorgungsleitung zeitgenau und in der jeweils benötigten Länge zugeführt werden, so dass weitgehend keine Zug- oder Stauchbelastungen auftreten und somit der Verschleiß an derartigen Energieversorgungsleitungen minimiert ist.
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Auch wenn eine solche Leitungszuführung einer Energieversorgungsleitung in beide Richtungen zum Zuführen derselben in Richtung zu dem Arbeitsgerät oder zum Zurückführen derselben in Abhängigkeit von der jeweiligen Armsegmentbewegung gute Dienste leistet, wird mitunter der für eine Realisierung einer solchen Leitungszuführung notwendige Aufwand als recht hoch angesehen. Diese vorbekannten Leitungszuführungen führen, der Nachführrichtung der Energieversorgungsleitung entsprechend, diese mit einer Bewegungskinematik parallel zu dem Armsegment nach, an dem die Leitungszuführung angebracht ist. Dieses bedingt, dass das Armsegment einen Schlitten trägt, auf dem der an die Energieversorgungsleitung angeschlossene Mitnehmer translatorisch bewegt wird. Um eine solche Leitungszuführung auch in einer aggressiven Arbeitsumgebung, sei es in einer Arbeitsumgebung in korrosivem Milieu und/oder in einer Umgebung, in der Bearbeitungsspritzer nicht zu vermeiden sind, wie beispielsweise Schweißspritzer, ist Sorge dafür zu tragen, dass die Antriebsmechanik des Schlittens und seine Führung hiervon nicht beeinflusst sind. Anderenfalls sind Wartungsarbeiten an der Leitungszuführung in einem engen Takt erforderlich.
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Ausgehend von diesem diskutierten Stand der Technik liegt der Erfindung daher die Aufgabe zugrunde, einen eingangs genannten Roboterarm bzw. eine Leitungszuführung für einen solchen Roboterarm vorzuschlagen, die nicht nur einfach in ihrem Aufbau ist, sondern die sich zudem als wartungsfreundlicher erweist.
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Gelöst wird diese Aufgabe erfindungsgemäß durch einen eingangs genannten Roboterarm sowie durch eine Leitungszuführung dafür, bei dem bzw. bei der die Leitungszuführung wenigstens einen mittels des Stellaktors schwenkbaren Stellarm umfasst, der mit seinem einen Ende gelenkig an ein Armsegment des Roboterarms angeschlossen ist und der an seinem anderen Ende einen an die Energieversorgungsleitung angeschlossenen Mitnehmer trägt.
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Bei dieser Leitungszuführung dient wenigstens ein schwenkbar an einem Armsegment des Roboterarms gehaltener Stellarm zum Tragen des an die Energieversorgungsleitung angeschlossenen Mitnehmers. Somit erfolgt eine Leitungsnachführungsbewegung mittels dieser Leitungszuführung durch eine Schwenkbewegung des Stellarms um sein dem Armsegment zugeordnetes Gelenk. Der an das andere Ende des Stellarms angeschlossene Mitnehmer wird sodann auf einer Kreisbahn mitgeführt. Der Mitnehmer kann gelenkig an den Stellarm angeschlossen sein. Durchaus möglich ist es, dass der Mitnehmer mittels zwei, dann typischerweise parallel zueinander angeordneten Stellarmen an ein Armsegment des Roboterarms angeschlossen ist. An dem Armsegment befindet sich typischerweise ein Lagerbock, an dem der zumindest eine Stellarm schwenkbar angeschlossen ist. Der Lagerbock dient zugleich zum Tragen des Stellaktors.
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Bei diesem Leitungszuführungskonzept werden keine freiliegenden Führungsteile benötigt, die sich nicht für einen Einsatz in bestimmten Umgebungen eignen. Die Schwenkbarkeit des Stellarmes ermöglicht das diesbezügliche Gelenk gekapselt auszubilden, so dass dieses vor jedweden Verschmutzungen oder auch vor einem Angriff korrosiver Medien geschützt ist. Infolge dessen ist die diesbezügliche Mechanik der Leitungszuführung praktisch wartungsfrei.
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Zum Verstellen einer solchen Leitungszuführung kann ein Elektromotor dienen. Dieser ist typischerweise unter Zwischenschaltung eines Getriebes an den wenigstens einen Stellarm angeschlossen, der vorzugsweise auf der von dem Elektromotor angetriebenen Antriebswelle sitzt. Durchaus möglich ist auch ein Antrieb einer solchen Leitungszuführung durch einen pneumatischen Stellaktor. Wenn unterschiedliche Stellpositionen erreicht werden sollen, kann eine pneumatisch betätigbare Mehrstellungs-Kolben-Zylinder-Anordnung als Stellaktor eingesetzt werden.
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Diese Leitungszuführung hat aufgrund der Verschwenkung des an die Energieversorgungsleitung angeschlossenen Mitnehmers zudem den Vorteil, dass sich diese im besonderen Maße eignet, im Bereich eines Gelenkes zwischen zwei Armsegmenten angeordnet zu werden. Dann wird mittels des Mitnehmers beispielsweise bei einem Beugen des äußeren Armsegmentes gegenüber dem inneren Armsegment durch die gekrümmte Bewegungsbahn des Mitnehmers die Energieversorgungsleitung um das Gelenk herumgeführt. Dieses ist bei solchen Roboterarmen sinnvoll, bei denen beispielsweise das das Arbeitsgerät tragende Armsegment gegenüber dem benachbarten Armsegment in stark gebeugte Stellungen gebracht wird. Eine Verletzung der Energieversorgungsleitung an dem Gelenk ist auf diese Weise wirksam vermieden, wobei zugleich mit diesem Mitnehmer und der entsprechenden Ansteuerung des Stellaktors die Energieversorgungsleitung entsprechend der Bewegung des jeweiligen Armsegmentes mitbewegt wird.
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Nachfolgend ist die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren beschrieben. Es zeigen:
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1: Eine schematisierte Seitenansicht eines Roboterarmes mit mehreren Armsegmenten und einer Leitungszuführung in einer ersten Stellung seines äußeren Armsegmentes zu dem benachbarten Armsegment,
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2: der Roboterarm der 1 mit seinem äußeren Armsegment in einer anderen Stellung gegenüber dem benachbarten Armsegment,
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3: eine schematisierte Seitenansicht eines Roboterarmes mit mehreren Armsegmenten und einer Leitungszuführung in einer ersten Stellung seines äußeren Armsegmentes zu dem benachbarten Armsegment gemäß einer weiteren Ausgestaltung und
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4: der Roboterarm der 3 mit seinem äußeren Armsegment in einer anderen Stellung gegenüber dem benachbarten Armsegment.
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Ein Industrieroboterarm 1 ist auf einem Sockel 2 um eine vertikale Achse drehbar. Der Roboterarm 1 des dargestellten Ausführungsbeispiels umfasst drei Armsegmente 3, 4, 5. Das äußere Armsegment – das Armsegment 5 – trägt ein Arbeitsgerät 6. Bei dem Arbeitsgerät kann es sich letztendlich um jedes beliebige Arbeitsgerät handeln, etwa einen Greifer, ein Schweißgerät, ein Werkzeug oder dergleichen. Zum Betrieb des Arbeitsgerätes 6 ist dieses über eine Energieversorgungsleitung 7 an eine nicht näher dargestellte Energieversorgung angeschlossen. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel wird die Energieversorgungsleitung 7 im Bereich des Ellbogengelenkes 8 des Roboterarms 1 in dessen Inneres hineingeführt. Das äußere Armsegment 6 ist, wie in 1 durch den Blockpfeil angedeutet, gegenüber dem benachbarten Armsegment 4 schwenkbar. Dieses ist erforderlich, damit das Arbeitsgerät 6 an unterschiedliche Positionen gebracht werden kann. In Folge der Verschwenkung des äußeren Armsegmentes 5 mit seinem Arbeitsgerät 6, muss die Energieversorgungsleitung 7 entsprechend nachgeführt werden. Vor diesem Hintergrund ist die Energieversorgungsleitung 7 entsprechend lang ausgeführt. Aus Blickrichtung des Arbeitsgerätes 6 hinter dem Ellbogengelenk 8 befindet sich eine Vorratsschlaufe 9 der Energieversorgungsleitung 7.
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Zum Nachführen der Energieversorgungsleitung 7 an geänderte Positionen des äußeren Armsegmentes 5 gegenüber dem Armsegment 4 dient eine insgesamt mit dem Bezugszeichen 10 gekennzeichnete Leitungszuführung. Die Leitungszuführung 10 dient zum Nachführen der Energieversorgungsleitung 7, wenn das äußere Armsegment 5 in Richtung des Blockpfeiles verschwenkt wird, und zum Zurückführen derselben bei einem Zurückschwenken des äußeren Armsegmentes 5. Die Leitungszuführung 10 umfasst einen Stellarm 11, der mit seinem einen Ende an einen Lagerbock 12 angeschlossen ist. Der Lagerbock 12 ist in nicht näher dargestellter Art und Weise an die Oberseite des Armsegmentes 4 angeschlossen, beispielsweise an dieses Armsegment 4 angeschweißt. Der Lagerbock 12 befindet sich im Bereich des Endes des Armsegmentes 4, mit dem dieses zu dem Armsegment 5 weist und somit in unmittelbarer Nachbarschaft zu dem zwischen den beiden Armsegmenten 4, 5 befindlichen Armsegmentgelenk 13. Der Stellarm 11 ist gelenkig an den Lagerbock 12 angeschlossen und kann um die mit dem Bezugszeichen 14 gekennzeichnete Schwenkachse entsprechend der in 1 eingezeichneten Pfeilrichtung in beide Richtungen verschwenkt werden. Der Stellarm 11 trägt an seinem anderen Ende einen Mitnehmer 15, der an die Energieversorgungsleitung 7 angeschlossen ist. Der Mitnehmer 15 des in 1 dargestellten Ausführungsbeispiels umfasst zwei Mitnehmermanschetten 16, 16.1, die an einer Mitnehmerplatte 17 gehalten sind. Die Mitnehmerplatte 17 ist ihrerseits gelenkig an den Stellarm 11 angeschlossen. Die diesbezügliche Schwenkachse ist mit dem Bezugszeichen 18 gekennzeichnet und verläuft parallel zur Schwenkachse 14. Die Mitnehmermanschetten 16, 16.1 umfassen die Energieversorgungsleitung 7. Durch diese ist die Energieversorgungsleitung 7 in Verstellrichtung zug- und schubschlüssig an den Stellarm 11 angeschlossen.
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Durchaus möglich ist es, an die Oberseite des Armsegmentes 4 zusätzliche Führungsmanschetten anzuordnen, durch die Energieversorgungsleitung 7 geführt ist. Bei diesen Führungsmanschetten ist die Energieversorgungsleitung in Bewegungsrichtung frei durch diese bewegbar.
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Angetrieben ist der Stellarm 11 mittels eines in den Figuren nicht dargestellten Stellaktors, bei dem es sich bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel um einen Elektromotor handelt. Der Elektromotor treibt unter Zwischenschaltung eines Getriebes die Achse an, auf der der Stellarm 11 sitzt und mit welcher dieser an den Lagerbock 12, der zu diesem Zweck ein entsprechendes Lager bereitstellt, angeschlossen ist.
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2 zeigt den Roboterarm 1 mit seinem gegenüber dem Armsegment 4 verschwenkten äußeren Armsegment 6 und damit die Leitungszuführung 10 in einer gegenüber der in 1 gezeigten geänderten Stellung, in der Energieversorgungsleitung 7 nachgeführt ist. Erkennbar ist dieses auch einer damit einhergehenden Verkleinerung der verbliebenen Vorratsschlaufe 9. Um in die in 2 gezeigte Stellung zu gelangen, ist der Stellaktor der Leitungszuführung 10 entsprechend aktiviert worden. Der Stellarm 11 ist um seine Schwenkachse 14 gegenüber dem Lagerbock 12 in Richtung zu dem Armsegment 5 verschwenkt worden. 2 zeigt deutlich, dass der Mitnehmer 15 um die Schwenkachse 14 verschwenkt worden ist und in der in 2 gezeigten Stellung über das Gelenk 13 hinaus bewegt worden ist. Wird das Armsegment 5 weiter gegenüber dem Armsegment 4 gebeugt, wird der Stellarm 11 mit seinem Mitnehmer 15 entsprechend nachgeführt, was zu einer Absenkbewegung desselben führt. Durch den schub- und zugfesten Anschluss der Mitnehmermanschetten 16, 16.1 des Mitnehmers 15 an die Energieversorgungsleitung 7 ist diese entsprechend der Verschwenkbewegung des Stellarmes 11 mitgeführt worden. Die Darstellung der 2 verdeutlicht, dass bei dem Beugen des Armsegmentes 5 gegenüber dem Armsegment 4 nicht die Gefahr besteht, dass die Energieversorgungsleitung 7 in Kontakt zu dem Gelenk 13 gelangt. Vielmehr wird durch diese Leitungszuführung 10 die Energieversorgungsleitung 7 in geschickter Weise um das Armsegmentgelenk 13 herumgeführt.
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3 zeigt den Roboterarm 1 des vorangegangenen Ausführungsbeispiels mit einer Leitungszuführung 10.1 gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel. Die Leitungszuführung 10.1 sitzt beispielhaft auf der Oberseite des Armsegmentes 4 an andere Stelle als die Leitungszuführung 10. Es versteht sich, dass die Leitungszuführung 10.1 ebenfalls an der Position sitzen kann, an der die Leitungszuführung 10 des Ausführungsbeispiels der 1 und 2 sitzt.
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Die Leitungszuführung 10.1 verfügt ebenfalls über eine Mitnehmermanschette 16.2, die unter Zwischenschaltung von zwei Stellarmen 11.1, 11.2 an einen Lagerbock 12.1 gelenkig angeschlossen ist. Bei diesem Ausführungsbeispiel der Leitungszuführung 10.1 bilden die Stellarme 11.1, 11.2 zwei Lenker einer Gelenkkette. Die beiden Stellarme 11.1, 11.2 sind parallel zueinander angeordnet und gleich lang. Diese sind gelenkig mit ihrem einen Ende an den Lagerbock 12.1 und mit ihrem anderen Ende an die Mitnehmermanschette 16.2 angeschlossen. Ein Stellaktor, der in diesem Ausführungsbeispiel ebenfalls nicht dargestellt ist, treibt einen oder auch beide Stellarme 11.1, 11.2 an, wobei der Antrieb erfolgen kann, wie dieses zu dem vorangegangenen Ausführungsbeispiel bereits beschrieben ist.
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Bei einer Aktivierung der Leitungszuführung 10.1 werden die Stellarme 11.1, 11.2 im Uhrzeigersinn bewegt. 4 zeigt den Roboterarm mit seiner Leitungszuführung 10.1 in einer Energieversorgungsleitung 7 nachgeführten Stellung. Erkennbar ist dieses wiederum auch an einer Verringerung der Vorratsschlaufe 9.
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Eine Zurückführung der Energieversorgungsleitung 7 erfolgt durch Ansteuern des Aktors in entsprechend gegensinniger Richtung, sodass dann der Stellarm 11 der Leitungszuführung 10 bzw. die Stellarme 11.1, 11.2 der Leitungszuführung 10.1 in die entgegengesetzte Richtung verschwenkt werden.
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Unterschiedliche Stellungen des Armsegmentes 5 gegenüber dem Armsegment 4 sind vorbekannt, so dass die Ansteuerung der jeweiligen Leitungszuführung 10 oder 10.1 entsprechend eingerichtet ist, um die gewünschte Leitungsnachführung oder Leitungszurückführung bewirken zu können. Durch den Einsatz eines Elektromotors können unterschiedliche Zwischenstellungen zwischen den Endpositionen hinsichtlich der Verschwenkbarkeit des jeweiligen Mitnehmers 15.1, 15.2 eingerichtet werden.
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In einem in den Figuren nicht dargestellten Ausführungsbeispiel trägt das Armsegment 4 des Roboterarms 1 zwei Leitungszuführungen. Bei diesem Ausführungsbeispiel verfügt der Roboterarm über eine erste Leitungszuführung, wie diese zu dem Ausführungsbeispiel der 1 und 2 beschrieben ist. Diese sitzt auch an derjenigen Stelle, an der die Leitungszuführung 10 sitzt. Neben dieser Leitungszuführung verfügt der Roboterarm über eine weitere Leitungszuführung, die ausgeführt ist, wie diejenige des Ausführungsbeispiels der 3 und 4. Diese ist von der anderen Leitungszuführung beabstandet und sitzt typischerweise im Bereich des Kniegelenkes 8.
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Die Erfindung ist anhand von Ausführungsbeispielen beschrieben worden. Ohne den Umfang der geltenden Ansprüche zu verlassen, ergeben sich für einen Fachmann zahlreiche weitere Möglichkeiten, die Erfindung umzusetzen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Roboterarm
- 2
- Sockel
- 3
- Armsegment
- 4
- Armsegment
- 5
- Armsegment
- 6
- Arbeitsgerät
- 7
- Energieversorgungsleitung
- 8
- Ellbogengelenk
- 9
- Vorratsschlaufe
- 10, 10.1
- Leitungszuführung
- 11, 11.1, 11.2
- Stellarm
- 12, 12.1
- Lagerbock
- 13
- Armsegmentgelenk
- 14
- Schwenkachse
- 15, 15.1
- Mitnehmer
- 16, 16.1, 16.2
- Mitnehmermanschette
- 17
- Mitnehmerplatte
- 18
- Schwenkachse
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102013205332 A1 [0003]
