DE69910620T2

DE69910620T2 - Schlauchführungsvorrichtung für einen industrieroboter

Info

Publication number: DE69910620T2
Application number: DE69910620T
Authority: DE
Inventors: Christer LUNDSTRÖM; Gunnar Thiede
Original assignee: ABB AB
Current assignee: ABB AB
Priority date: 1998-10-16
Filing date: 1999-10-14
Publication date: 2004-06-17
Anticipated expiration: 2019-10-15
Also published as: ATE247542T1; EP1148979A1; SE511643C2; DE69910620D1; EP1148979B1; WO2000025990A1; US6644602B1; ES2207341T3; SE9803547D0; JP2002528285A; SE9803547L; AU1425900A

Description

Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft eine flexible Leitungsführung für einen Industrieroboter gemäß der Einleitung von Anspruch 1.
Solche Führungen werden herkömmlicherweise verwendet, zum Beispiel um eine äussere Leitung in der Form eines Schweißkabels oder einer unter Druck stehenden Fluidleitung zwischen dem Fuß und dem rotierenden oberen Abschnitt eines Industrieroboters zu tragen.
Stand der Technik
Führungen dieser An sind zum Beispiel aus US-A-5 694813, US-A-4 427170 und EP-A-0 552 688 bekannt. Ein Nachteil von solchen bekannten Führungen ist, dass die äussere periphere Seite der Schlaufe, besonders an der Biegung, durch die Innenseite einer stationären zylindrischen Wand oder einer zylindrischen Wand, die zusammen mit dem oberen Abschnitt des Roboters rotiert, geführt werden muss, um von dem Bewegungspfad um die Achse herum nicht nach außen abzuweichen, was ungewünschte Reibung und Abnutzung bzw. Verschleiss auf der Hülle der Leitung bewirkt.
Zusammenfassung der Erfindung
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Führung der Art, wie sie in der Einführung dargelegt worden ist, bereitzustellen, die Abnutzung deutlich reduziert und daher die Lebensdauer bzw. Betriebsdauer der Hülle der Leitung erhöht.
Eine zweite Aufgabe ist es, eine Führung zu erhalten, die es einfach macht, die Leitung zu ersetzen.
Diese werden erreicht mittels der Merkmale, die in den folgenden Ansprüchen dargelegt werden.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung ist eine separate Rille für jeden Strang der einzige Eingriff, der zwischen der Kabelschlaufe und den Teilen, die relativ zueinander rotieren, bereitgestellt wird. Auf diese Weise kommt keiner der Stränge oder die Biegung in gleitenden Kontakt mit einer Wand, wie es im Stand der Technik der Fall ist, so dass im Grunde bzw. im Wesentlichen die ganze relative Bewegung zwischen der Hülle der Leitung und der Teile, die relativ zueinander rotieren, was Abnutzung bewirkt, beseitigt wird. Ein weiterer Vorteil bei dieser Anordnung ist, dass Dank des sich ergebenden freien Raums zwischen den Rillen die Leitung einfacher aus der Führung zu entfernen und wieder einzusetzen ist, wenn sie ersetzt werden muss.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weisen die Rillen unterschiedliche gegenseitige Radien auf, so dass die Biegung relativ zu der gemeinsamen Drehachse gewinkelt ist. Auf diese Weise kann der Radius der Krümmung der Biegung ebenso bei einem vorbestimmten axialen Abstand zwischen den Rillen vorteilhafterweise vergrößert werden. Dies stellt teilweise sicher, dass die unbedeutende relative Bewegung, die dennoch zwischen der Leitung und der Rille auftritt, hauptsächlich nur an dem Übergang zwischen dem Strang und der Biegung der Rille mit dem kleineren Radius stattfindet, und teilweise, dass die Biegung eine geringere Neigung hat, in einer nach aussen gerichteten Tangente von dem Pfad der Drehung abzuweichen, da sie sich von dem größten Radius nach innen lehnt.
Wenn die Rillen als Rillenelemente ausgebildet sind, die auf eine entfernbare Weise an den Außenseiten der jeweiligen Teile befestigt werden können, kann an einem vorhandenen Roboter später einfach eine zusätzliche Führung gemäß der Erfindung angebracht werden.
Andere Merkmale und Vorteile der Erfindung sind aus den Ansprüchen und der folgenden detaillierten Beschreibung ersichtlich.
Beschreibung der Zeichnung
Ausführungsformen der Erfindung werden in einer beispielhaften Weise im folgenden genau beschrieben, mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen, worin:
1 eine diagrammatische Ansicht eines Industrieroboters von hinten ist, wobei einige Teile entfernt worden sind, und eine Führung gemäß der Erfindung angebracht ist;
2 eine vereinfachte diagrammatische Ansicht der Führung gemäß 1 ist, in Ansicht von oben in einem schiefen Winkel;
3 eine teilweise Querschnittsansicht einer bevorzugten Ausführungsform eines Rillenelements gemäß der Erfindung ist und wobei Teile entfernt sind;
4 eine Querschnittsansicht einer alternativen Ausführungsform eines Rillenelements gemäß der Erfindung ist;
5 eine Frontansicht in einem schiefen Winkel von oben eines Fußes und des Rahmenelements eines Industrieroboters ist, der mit einem Rillenelement gemäß 3 ausgerüstet ist; und
6 eine Seitenansicht einer Führung gemäß der Erfindung ist, die mit einer Auflage für einen oberen Teil der geführten Leitung versehen ist.
Detaillierte Beschreibung von Ausführungsformen
In der diagrammatischen Darstellung gemäß 1 wird ein Industrieroboter allgemein mit 10 bezeichnet und enthält einen unteren Abschnitt 12 in der Form eines stationären Fußes und einen rotierenden oberen Abschnitt 14 in der Form einer Rahmeneinheit, die sich relativ zu dem Fuß um eine vertikale Achse 18 dreht. Der untere Abschnitt 12 und der obere Abschnitt 14 sind durch eine Lageranordnung 16 miteinander verbunden, die nicht in größerer Genauigkeit gezeigt ist.
Eine flexible, fortlaufende Leitung 40 mit einer Hülle, die nicht im Detail gezeigt ist, erstreckt sich zwischen dem unteren Abschnitt 12 und dem oberen Abschnitt 14. Diese Hülle kann typischerweise ein Schweißkabel einschließen, aber ebenso andere Arten von Leitungen, zum Beispiel zum Transport von Fluiden oder anderen Medien. Die Hülle kann ebenso eine separate äußere Hülle für den Teil der Leitung sein, der sich zwischen den Teilen 12 und 14 (nicht gezeigt) erstreckt. Damit der obere Abschnitt 14 sich ohne Behinderung vom Mittelpunkt der Drehung in 1 um annähernd 180° im Uhrzeigersinn und 180° im Gegenuhrzeigersinn drehen kann, erstreckt sich ein lockerer Teil der Leitung 40 zur Aufnahme der Drehbewegung in einer Schlaufe um etwa 90° des Raums zwischen den Teilen 12 und 14. Genauer hat die Schlaufe einen unteren teilweise kreisförmigen Strang 42, einen oberen teilweise kreisförmigen Strang 44 und eine Biegung oder Nase 46 der Leitung 40, die die Stränge verbindet. Wenn sich der obere Abschnitt 14 im Gegenuhrzeigersinn dreht, wird der obere Strang 44 über die "vorwärts rollende" Biegung 46 zu dem unteren Strang 42 übertragen. Wenn sich das Teil 14 im Uhrzeigersinn dreht, wird der untere Strang 42 über die "rückwärts rollende" Biegung 46 in der umgekehrten Art und Weise zu dem oberen Strang 44 übertragen.
Gemäß der Erfindung werden die Stränge 42, 44 durch ihren Eingriff mit ihrer eigenen Rille 22 bzw. 32 geführt. In den Beispielen der gezeigten Ausführungsformen erstrecken sich die Rillen 22, 32 beide in einem kreisförmigen Bogen um eine Vorderseite des Roboters 10 herum, wenn sich dieser in der Mitte seines Drehgebiets befindet.
Gemäß der Erfindung weisen die Rillen 22 und 32 in Bezug auf ihre gemeinsame Achse 18 jeweils unterschiedliche Radien R1 und R2 auf. In dem Beispiel hat die untere Rille den größeren Radius, aber der entgegengesetzte Fall ist ebenfalls möglich. Es ist ebenfalls möglich, Rillen mit in Bezug auf die Achse 18 unterschiedlichen Radien in der gleichen radialen Ebene zu haben, so dass die Teile der Schlaufen und der Biegung in einer gemeinsamen horizontalen Ebene um den Roboter herum verlaufen (nicht gezeigt).
Die diagrammatischen Darstellungen in den 1 und 2 zeigen die Rillen 22, 32 hauptsächlich nur in der Form von dünnwandigen Kanälen mit einer flachen Bodenwand 24, 34 und nach außen gerichteten Seitenwänden, Flanken oder Wangen 26, 28, 36, 38. In diesen Fällen kann die Rille zum Beispiel aus einem gefalteten oder möglicherweise geschweißten Stahlblech hergestellt werden, die mittels Schraubenbefestigungen jeweils an den zugeordneten Teilen 12, 14 befestigt werden kann. Es ist jedoch ebenfalls möglich, die Rillen oder Kanäle aus Kunststoffmaterial herzustellen.
Der Querschnitt der Rille kann variiert werden, um einen optimalen Kompromiss zwischen minimaler Abnutzung und bester Führung zu erreichen, besonders zwischen den Übergängen der Leitung zwischen dem Strang und der Biegung in der Rille mit dem kleinsten Radius R2. Gemäß einer in den 3 und 5 gezeigten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird eine solche optimierte Rille als ein Rillenelement 21 aus extrudiertem und gebogenem Leichtmetall, vorzugsweise Aluminium, gebildet.
In der in 3 gezeigten Ausführungsform wird jede Rille durch eine im Grunde vertikale innere Wange 28 und eine äußere Wange 26, die von der Bodenwand 24 nach außen gerichtet ist. Die inneren Seiten der Wangen 26, 28 sind leicht konvex, um den Querschnitt der Leitung 40 und der Führungsleitung 40 sicher nach unten in Richtung des Bodens der Rille zu befestigen. Wie bereits vorstehend erwähnt, erleichtert dies ebenso das Befestigen oder Entfernen der Leitung 40 aufgrund des freien Raums zwischen den Rillen. Zusätzlich weisen die freien Enden der äußeren Wangen 26 einen breiteren Schnitt auf, der zusätzliche Steifheit bereitstellt, die ein sanft gerundetes Finish bildet, um die Gefahr von menschlichen Verletzungen bzw. Personenschäden zu reduzieren, und die einen Endhalt bildet, der helfen kann, zu verhindern, dass die Leitung 40 aus der Rille springt, wenn sie aus irgendeinem Grund – so wie aufgrund eines Fremdkörpers in der Rille – vorübergehend unter Druck gerät, aus der Rille gedrückt zu werden.
Jedes Rillenelement 21 (3) ist an dem zugeordneten Teil 12 des Roboters 10 von der Außenseite des Roboters aus befestigt, zum Beispiel mittels einer Schraubenbefestigung, und ist durch eine periphere Eckaussparung 27, die an der Außenseite des Bodens 24 der Rille gebildet ist, angemessen an der peripheren Kante des zugeordneten Teils 12 plaziert.
Der Öffnungswinkel und die Breite zwischen den Flanken der Rille kann ebenfalls so geformt sein, dass der Querschnitt der Leitung fest in die Rille einschnappt. Die nach unten gerichtete Rille kann besonders in dieser Weise geformt sein, um zu verhindern, dass die Leitung aufgrund ihres Gewichts aus der Rille fällt.
Da ein Bediener oder Wartungstechniker von Zeit zu Zeit aus verschiedenen Gründen auf den Roboter steigen muss, und dann möglicherweise die Rillenelemente als Fußstützen benutzen muss, sind diese angemessen bemaßt, um die Größe und Strapazierfähigkeit aufzuweisen, um dieser Anforderung angepasst zu sein.
Damit die nach oben gerichtete Rille der Führung keine Flüssigkeiten und Fremdkörper aufsammelt, so wie Schweißfunken bzw. Schweißrückstände und Ähnliches, weist diese Rille bevorzugterweise Öffnungen auf, die durch sie hindurchgehen. Die Öffnungen können, in einer Weise, die nicht gezeigt ist, in dem Boden und in den Flanken der bereits beschriebenen Ausführungsformen, die aus Stahlblech und Leichtmetall hergestellt sind, untergebracht werden.
In der in 4 gezeigten Ausführungsform sind die Rillenelemente aus einer geschweißten Stahldrahtkonstruktion hergestellt. In diesem Fall ist die Rille im Grunde aus einer halbkreisförmigen Bogenform von Stahldrähten 50, 52 gebildet, die von Stahldrähten 54 (nur einer ist gezeigt) getragen werden, die zu diesen im rechten Winkel stehen und die gleichmäßig peripher beabstandet sind, und die zu dem gewünschten Profil der Rille geformt sind. Als eine Folge sind die gewünschten Öffnungen in der Rille durch die Lücken 56 zwischen den Stahldrähten gebildet.
Die Rillenelemente können jedoch auf andere Weise gebildet werden. Sie können zum Beispiel durch gerade Abschnitte gebildet werden, die zusammengeschweißt sind (nicht gezeigt). Die Rille muss ebenso nicht fortlaufend sein, sondern kann sich in der Form von eigenständigen Elementen um die Peripherie der Rille herum erstrecken, wobei die Lücke zwischen ihnen (nicht gezeigt) die Öffnungen bildet.
6 zeigt eine andere Ausführungsform einer Führung gemäß der Erfindung in der Stellung an dem Ende ihrer Drehung (180° Drehung im Uhrzeigersinn), wo sich der Hauptabschnitt der Leitung 40 in dem oberen Strang 44 befindet. Um die Gefahr zu vermeiden, dass diese von der oberen Rille 32 herunterfallen könnte, ist eine untere Auflage 60 für Leitung 40 angeordnet. In der bevorzugten Ausführungsform hat die untere Auflage 60 die Form einer hängenden Auflage, umfassend ein gebogenes Rohr 62. Das Rohr 62 erstreckt sich konzentrisch zu der oberen Rille 32 in einer solchen Weise, dass es den oberen Strang 44 fängt und von unten hält, wenn dieser dazu neigt, aufgrund seines Gewichts die obere Rille 32 zu verlassen. Das Rohr 62 hat angemessenerweise einen kleineren Radius als der Radius der oberen Rille 32. Wenn die untere Rille 22 zusätzlich einen größeren Radius als die obere Rille 32 aufweist, wie bevorzugt ist, ist die Biegung der Leitung 40 in Richtung der oberen Rille nach innen gewinkelt, ohne die Gefahr, in Kontakt mit dem Rohr 62 zu kommen.

Claims

Eine Leitungsführung (20) für einen Industrieroboter mit einer flexiblen, durchgehenden Leitung (40), die eine Schlaufe zwischen einem Paar drehbarer, sich relativ zueinander um eine Achse (18) drehender Teile (12, 14) eines Industrieroboters (10) aufweist, wobei die Schlaufe ein Paar Stränge (42, 44) aufweist, die sich um die Achse (18) herum erstrecken und durch einen Bogen (46) miteinander verbunden sind und die äusseren Seiten der Stränge mit den jeweiligen Teilen in Eingriff stehen, so dass eine Drehung der Schlaufe um die Achse (18) bewirkt wird, wenn sich die Teile relativ zueinander drehen, dadurch gekennzeichnet, dass der Eingriff eine separate, für jeden Strang (42, 44) angeordnete Rille (22, 32) aufweist.
Die Führung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Rillen (22, 32) mit gegenseitig unterschiedlichen Abständen (R1, R2) von der Achse (18) erstrecken.
Die Führung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Rillen eine obere Rille (32) und eine untere Rille (22) aufweisen, wobei sieh die untere in grösserem Abstand von der Achse (18) erstreckt als die obere.
Die Führung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Rillen eine obere Rille (32) und eine untere Rille (22) aufweisen, wobei sich die obere in grösserem Abstand von der Achse (18) erstreckt als die untere.
Die Führung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Rillen in Bezug auf die Achse (18) in einer gemeinsamen radialen Ebene erstrecken.
Die Führung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Rille als Rillenelement (21) ausgebildet ist, dass an der äusseren Oberfläche des jeweiligen Teils (12, 14) befestigt und davon entfernt werden kann
Die Führung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Rillenelement ein extrudiertes und gebogenes Leichtmetallelement beinhaltet.
Die Führung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass eine Unterseite des Rillenelements (21) eine periphere Aussparung (27) aufweist, die angeordnet ist, um das Rillenelement (21) an einer peripheren Kante des jeweiligen Teils (12, 14) zu positionieren.
Die Führung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Rille (22, 23) etwa 180° um den Roboter (10) herum erstreckt.
Die Führung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Rille mit im wesentlichen flachen, nach aussen gerichteten Wangen (26, 28, 36, 38) von einem im wesentlichen flachen Boden (24, 34) der Rille erstreckt.
Die Führung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Rille, bei Betrachtung im Querschnitt, konvexe Flanken (26, 28) aufweist.
Die Führung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine nach oben gerichtete Rille der Rillen Öffnungen (56) aufweist, die durch die Rille hindurchgehen.
Die Führung nach einem der Ansprüche 1 bis 6 und 9 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Rille aus einer geschweißten Drahtkonstruktion gebildet ist.
Die Führung nach einem der Ansprüche 3 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass eine darunterliegende Auflage (60) für den oberen Strang (44) der Leitung vorhanden ist, wobei sich die darunterliegende Auflage (60) konzentrisch entlang und unterhalb der oberen Rolle (32) erstreckt.