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Die Erfindung bezieht sich auf ein Roboterarm-Modul für einen Roboterarm bzw. auf einen Roboterarm mit zumindest einem solchen Modul.
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Es gibt Roboterarme, bei denen zwischen einem ersten Endabschnitt und einem gegenüberliegenden zweiten Endabschnitt eine Vielzahl von Modulen angeordnet ist, welche eine gelenkige Verbindung zwischen den beiden Endabschnitten ausbilden. Die Module sind dabei über gelenkige Verbindungen miteinander verbunden. Beispielsweise beschreibt
EP 2 243 994 A1 eine Armstruktur, bei welcher eine Vielzahl starrer Elemente über elastische Elemente in Art von Federn miteinander verbunden ist.
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Zum Bewegen des ersten Endabschnitts relativ zu dem zweiten Endabschnitt dienen üblicherweise Antriebe, welche direkt an einzelnen starren Elementen oder Modulen oder über Zugmechanismen an Modulen oder dem gegenüberliegenden Endabschnitt angreifen. Beispielsweise beschreibt
WO 2011/104038 A1 eine Getriebeanordnung, welche zwischen zwei Modulkörpern angeordnet ist. An jedem der Modulkörper sind drei Verbindungseinrichtungen in Richtung des gegenüberliegenden Modulkörpers gelenkig angebracht. Die dem Modulkörper gegenüberliegenden Endabschnitte der Verbindungseinrichtungen sind mit entsprechenden Endabschnitten von Verbindungseinrichtungen des gegenüberliegenden Modulkörpers gelenkig verbunden. Jeweils ein Antrieb ist zwischen einem zentralen Punkt eines der beiden Modulkörper und einem Gelenkpunkt, an dem jeweils zwei solcher Verbindungseinrichtungen miteinander verbunden sind, gelenkig angebunden. Diese Anordnung ermöglicht durch Verstellen zumindest eines der Antriebe ein Verkippen oder gleichmäßiges paralleles Bewegen des ersten Modulkörpers relativ zu dem zweiten benachbarten Modulkörper. Eine solche Anordnung ist jedoch nur geeignet, zwei zueinander benachbarte Modulkörper relativ zueinander zu verstellen. Aufgrund der Anordnung der Antriebe zwischen den Modulkörpern ist außerdem ein großer Raumbedarf erforderlich.
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Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Roboterarm-Modul für einen Roboterarm bzw. einen Roboterarm mit zumindest einem solchen Modul weiterzuentwickeln. Insbesondere soll bei einem einfachen Aufbau eine gleichmäßige Verstellung auch einer Abfolge einzelner hintereinander geschalteter Module relativ zu einem Endabschnitt oder einem sonstigen fixen Punkt innerhalb des Roboterarms ermöglicht werden. Insbesondere soll eine Anzahl verstellbarer Komponenten reduziert werden und trotzdem ein stabiler und zugleich raumsparender Aufbau ermöglicht werden.
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Diese Aufgabe wird durch das Roboterarm-Modul mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 bzw. durch einen Roboterarm mit zumindest einem solchen Roboterarm-Modul gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand von abhängigen Ansprüchen.
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Bevorzugt wird demgemäß ein Roboterarm-Modul für einen Roboterarm mit einem Modulkörper, mit zumindest drei Gelenkeinrichtungen am Modulkörper, mit zumindest drei Verbindungseinrichtungen, die mittels jeweils einer der Gelenkeinrichtungen verschwenkbar am Modulkörper angeordnet sind, und mit Koppeleinrichtungen zum verschwenkbaren Ankoppeln der Verbindungseinrichtungen an eine derartige Verbindungseinrichtung eines benachbarten Modulkörpers oder eines benachbarten Antriebsmoduls, wobei jede der Verbindungseinrichtungen zwei zueinander beabstandete solcher Koppeleinrichtungen aufweist und wobei jede der Gelenkeinrichtungen zwischen zwei solchen zueinander beabstandeten Koppeleinrichtungen angeordnet ist.
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Mit anderen Worten erstrecken sich die Verbindungseinrichtungen in einer Richtung parallel zur Längsachse jeweils zu beiden Seiten des Modulkörpers. Insbesondere ist der Modulkörper mittig zwischen zwei einander gegenüberliegenden Endabschnitten einer jeder der Verbindungseinrichtungen angeordnet.
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Unter der Längsachse ist dabei eine imaginäre Achse zu verstehen, welche sich in Längsrichtung eines aus einer Vielzahl solcher Module ausgebildeten Arms erstreckt. Insbesondere führt die Längsachse dabei durch jeden der Modulkörper quer zu dessen Haupt-Körpererstreckung hindurch, so dass die Modulkörper mit deren Haupt-Körperstreckung in einer Grundstellung parallel zu der Haupt-Körperstreckung benachbarter Modulkörper angeordnet sind. In der Grundstellung erstreckt sich die Längsachse dabei beispielsweise längs einer geraden Linie. In anderen einstellbaren Stellungen weist die Längsachse jedoch einen gebogenen Verlauf auf.
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Unter einer Koppeleinrichtung wird eine insbesondere gelenkige Verbindung verstanden, welche ein Verschwenken um zumindest eine Achse ermöglicht. Nicht ausgeschlossen sind aber auch Verbindungen, bei welchen die miteinander gekoppelten Verbindungseinrichtungen drehbar zueinander um eine Achse angeordnet sind. Eine solche Koppeleinrichtung kann eine feste und nicht wieder lösbare Verbindung zwischen zwei Verbindungseinrichtungen ausbilden, ist jedoch bevorzugt im Sinne einer zusammen gekoppelten Verbindung zu verstehen, welche wieder lösbar ist. Dies ermöglicht ein nachträgliches Anpassen einer Armlänge eines Roboterarms durch Entfernen einzelner Module oder Hinzufügen weiterer Module.
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Eine Ausgestaltung ist ein Modul, bei dem in einer Grundstellung ein erster solcher Modulkörper eines ersten Moduls längs einer Längsachse parallel zu einem zweiten solchen Modulkörper eines zweiten Moduls angeordnet ist, bei dem die Verbindungseinrichtungen in dem Modulkörper des ersten Moduls unter einem ersten Winkel gegenüber einer zu der Längsachse zumindest parallelen Achse verschwenkbar gelagert sind und bei dem die Verbindungseinrichtungen in dem Modulkörper des zweiten Moduls unter einem zweiten Winkel gegenüber der Längsachse verschwenkbar gelagert sind, wobei der erste Winkel und der zweite Winkel gegenüber deren Längsachsen in zueinander unterschiedlicher Richtung geneigt sind. Mit anderen Worten sind die Verbindungseinrichtungen in dem ersten Modulkörper in Umlaufrichtung gesehen beispielsweise nach links geneigt und die Verbindungseinrichtungen in dem zweiten Modulkörper in Umlaufrichtung gesehen nach rechts geneigt. Dadurch entsteht ein ziehharmonikaförmiger Aufbau der Roboterkinematik bzw. des Arms.
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Realisierbar ist auch ein derartiges Modul, bei dem eine erste solche Koppeleinrichtung an einem Endabschnitt einer solchen Verbindungseinrichtung gelagert oder ausgebildet ist und bei dem eine zweite solche Koppeleinrichtung an einem gegenüberliegenden Endabschnitt gelagert oder ausgebildet ist und als Gegen-Koppeleinrichtung zu einer zweiten solchen Koppeleinrichtung ausgestaltet ist. Durch eine solche Ausgestaltung kann ein Abschnitt einer solchen Verbindungseinrichtung mit einem gegenüberliegenden Endabschnitt einer gleichartigen Verbindungseinrichtung eines benachbarten Moduls gekoppelt werden. Insbesondere ist dabei zumindest eine der Koppeleinrichtungen an ihrer Verbindungseinrichtung gelagert oder bildet im Zusammenwirken mit der gegenüberliegenden Koppeleinrichtung eines benachbarten Moduls eine Gelenkverbindung aus. Dadurch sind gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung die zueinander benachbarten Module längs deren Längsachse aufeinander zu und voneinander weg verstellbar. Gemäß der bevorzugten Ausgestaltung sind dadurch zwei zueinander benachbarte Module unter einem Winkel der durch eines der Module führenden Längsachse zueinander verschwenkbar.
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Eine Ausgestaltung besteht darin, dass am Modulkörper zumindest ein Verschwenkantrieb zum Verschwenken einer diesem zugeordneten der Verbindungseinrichtungen angeordnet oder fest ausgebildet ist, insbesondere drei Verschwenkantriebe angeordnet oder fest ausgebildet sind, und jeder derartige Verschwenkantrieb mit einer der Verbindungseinrichtungen verbunden oder gekoppelt ist. Ein solches Modul bildet somit ein Antriebsmodul aus, welches durch gleichmäßige Aktivierung von drei Antrieben alle drei Verbindungseinrichtungen relativ zum Modulkörper verschwenkt. Dadurch wird eine Abfolge von parallel zueinander verbundenen Modulen längs der durch diese führenden Längsrichtung geradlinig voneinander weg oder aufeinander zu bewegt. Durch das feste Anordnen der Antriebe an dem Modulkörper und die derartige Lagerung der einzelnen Verbindungseinrichtungen mit insbesondere mittiger Gelenkeinrichtung ist eine äußere Einspannung oder sonstige feste Führung dazu nicht erforderlich. Werden nur ein Antrieb oder zwei Antriebe aktiviert, bewirkt dies eine Verschwenkung der zueinander benachbarten Modulkörper und damit eine Krümmung eines durch diese ausgebildeten Arms. Durch unterschiedlich starke Aktivierung von drei Antrieben kann gleichzeitig eine überlagerte Bewegung erfolgen, bei welcher ein aus einer Vielzahl zueinander benachbarter Module ausgebildeter Arm sowohl hinsichtlich seiner Längenerstreckung als auch hinsichtlich seines gebogenen Verlaufs verstellbar ist.
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Eine Weiterbildung besteht in einer am Modul, bei dem zumindest ein Endabschnitt einer solchen Verbindungseinrichtung zur Längserstreckung der Verbindungseinrichtung einen schräg verlaufenden Bereich aufweist, an dem die Koppeleinrichtung angeordnet oder gelagert ist. Eine solche Ausgestaltung ermöglicht einen einfachen und zugleich Platz sparenden Aufbau. Jedoch sind bei einer solchen Anordnung die Verbindungseinrichtungen zweier zueinander benachbarter angeordneter Module mit jeweils entgegengesetzter Neigungsrichtung der Verbindungseinrichtungen auszugestalten.
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Gemäß einer Ausgestaltung wird bevorzugt, wenn bei dem Modul die Gelenkeinrichtungen längs sternförmig angeordneter Bahnen im Modulkörper angeordnet sind und die Gelenkeinrichtungen die Verbindungseinrichtungen zum Verschwenken längs einer kreisförmigen Bahn angeordnet lagern. Eine solche Anordnung ermöglicht eine besonders gut abgestimmte Anpassung der Verbindungseinrichtungen in einem Module zu denen in einem im eingebauten Zustand benachbarten Modul.
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Eine weitere Ausgestaltung ist, dass die Gelenkeinrichtungen die Verbindungseinrichtungen in durch den Modulkörper hindurchführenden Durchtrittsöffnungen lagern. Äquivalent dazu ist, dass von dem Modulkörper gegebenenfalls zu den Durchtrittsöffnungen benachbart Vorsprünge emporragen, in welchen die Gelenkeinrichtungen angeordnet sind.
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Gemäß einer Ausgestaltung führt durch den Modulkörper zumindest eine Durchführungsöffnung hindurch. Eine solche Durchführungsöffnung dient vorteilhaft zur Durchführung von Leitungen oder Kabeln im Innenraum eines Roboterarms von einem Modul zum nächsten Modul.
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Gemäß einer anderen Ausgestaltung sind die Koppeleinrichtungen ausgelegt für ein Verdrehen und/oder Verschenken um zumindest zwei Achsen. Mit anderen Worten werden durch eine solche Anordnung zwei kinematische Freiheitsgrade geboten, was beispielsweise durch Ausgestaltung als ein Kardan- bzw. Wellengelenk umsetzbar ist. Auf einfache Art und Weise kann eine derartige Gelenkverbindung auch durch eine Seilverspannung ermöglicht werden, wenn beispielsweise ein Ende eines Stahlseils an dem Endabschnitt einer Verbindungseinrichtung und das andere Ende des Stahlseils an einem gegenüberliegenden Endabschnitt der Verbindungseinrichtung des benachbarten Moduls fest montiert ist. Durch die Bereitstellung von zwei Freiheitsgraden wird nicht nur eine Ausdehnung des Arms in einer geradlinigen Längserstreckung ermöglicht, sondern zusätzlich auch eine Verschwenkung des Arms ermöglicht.
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Gemäß eigenständiger Ausgestaltung wird bevorzugt ein Roboterarm mit zumindest einem derartigen Modul, insbesondere einer Vielzahl von der Art ausgestalteten Modulen. Bei einer Ausgestaltung in einfachster Art ist ein solches Modul zwischen zwei Endmodule gesetzt, welche lediglich von einem Modulkörper ausgehend drei daran verschwenkbar gelagerte Verbindungseinrichtungen aufweisen, wobei diese Verbindungseinrichtungen nicht durch den Modulkörper hindurchführen müssen. Bevorzugt werden jedoch Roboterarme mit einer Vielzahl solcher bevorzugter Module.
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Insbesondere ist bei einem solchen Roboterarm zumindest ein solches Modul als ein Antriebsmodul ausgebildet und ein solches Antriebsmodul ist oder mehrere solche Antriebsmodule sind von Endabschnitten des Arms beabstandet angeordnet.
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Prinzipiell reicht ein einziges Antriebsmodul aus, um den Arm hinsichtlich seiner Längserstreckung und zumindest einer Krümmungsbewegung zu verstellen. Das Antriebsmodul kann dabei an beliebiger Position innerhalb des Arms angeordnet sein und ist nicht zwingend auf die Anordnung als erster oder letzter Modulkörper beschränkt.
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Der Einsatz von mehr als einem Antriebsmodul, wobei mehrere derartige Antriebsmodule vorzugsweise jeweils eine Vielzahl von weiteren Modulen ohne Verschwenkantrieb zwischen sich aufweisen, ermöglicht zusätzliche Krümmungen. So ist mit beispielsweise zwei Antriebsmodulen einen S-förmiger Bogen einstellbar. Um einen S-förmiger Bogen zu ermöglichen, wird die Gliederkette beim Wechsel von dem ersten in den zweiten, entgegengesetzt krümmbaren „C”-Bogen insbesondere unterbrochen. Mit anderen Worten wird, wenn zwei Antriebe an einer Gliederkette vorhanden sind, irgendwo zwischen den Antrieben die Gliederkette als solche unterbrochen.
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Gemäß einer Ausgestaltung wird ein solcher Roboterarm oder eine Vorrichtung mit einem solchen Roboterarm mit einer Steuereinrichtung zum Ansteuern von Verschwenkantrieben an dem zumindest einen Antriebsmodul ausgestattet. Eine solche Steuereinrichtung kann zwar Bestandteil des Roboterarms selber sein, jedoch können einzelne Komponenten einer geeigneten Steuereinrichtung oder eine gesamte Steuereinrichtung auch in einer übergeordneten Vorrichtung oder externen von einem Roboter mit dem Roboterarm angeordnet sein.
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Gemäß einer Ausgestaltung ist ein zwischen anderen Modulen oder neben einem Endmodul angeordnetes der Module fest, insbesondere starr mit einer externen ortsfesten Komponente in der Umgebung des Roboterarms verbunden. Ermöglicht wird somit die Befestigung eines insbesondere beliebigen Modules als Fixpunkt im Raum. Alle anderen Module bewegen sich in einem solchen Fall relativ zu diesem Modul.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung ist an einem Ende des Roboterarms ein Greifer oder Werkzeug befestigt.
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Ermöglicht wird mit diesen Komponenten der Aufbau einer bionisch inspirierten Roboterkinematik ähnlich einem Wurm, einer Schlange oder einem Rüssel. Durch den modularen Aufbau ist insbesondere die Länge eines derartigen Roboterarms frei gestaltbar. Auch können durch Einsatz von mehreren Antriebsmodulen innerhalb der Länge des Roboterarms Biegungen in unterschiedlichen Richtungen erzeugt werden, so dass nicht nur eine einfache Krümmung ermöglicht wird, sondern auch S-förmige Biegungen oder noch komplexere Biegungsmuster ermöglicht werden. Im Wesentlichen besteht dabei ein Modul aus einer Grundplatte als Modulkörper und daran drei drehbar angebrachten Hebeln in Art der Verbindungseinrichtungen mit jeweils einem Verbindungsstück und am ersten Gelenk bzw. ersten Modul vorzugsweise zusätzlich drei Antrieben zum Bewegen der Hebel. Ein modulartiger Baukasten kann insbesondere aus einem Modul mit dem Grundkörper und den Verbindungseinrichtungen als Standardmodul sowie einem weiteren Modul als Antriebsmodul mit einem bis vorzugsweise drei Antrieben zum Verstellen der jeweiligen Verbindungseinrichtungen relativ zum Modulkörper. bereitgestellt werden. Je nach Ausgestaltung, beispielsweise bei abgeschrägten Endabschnitten oder speziell angeordneten Koppeleinrichtungen kann auch das Bereitstellen eines zweiten Standardmoduls mit einem Grundkörper und drei Verbindungseinrichtungen sowie entsprechenden modifizierten Koppeleinrichtungen vorgesehen sein.
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Gemäß einem derartigen besonders einfachen Aufbau gibt es verschiedene Bewegungsmöglichkeiten des ersten Endabschnitts relativ zum zweiten Endabschnitt. So ist eine Veränderung der Länge einfach umsetzbar, indem alle drei Antriebe gleichmäßig angesteuert werden. Eine Flexion bzw. Krümmung kann durch ein ungleichmäßiges Ansteuern der Antriebe erzielt werden. Insbesondere ist auch eine kombinierte Bewegung mit Längenänderung und Krümmung möglich, indem die drei Antriebe entsprechend angesteuert werden. Dadurch kann eine Kinematik mit nur einem Antriebsmodul bereits einen ”C”-Bogen mit variabler Länge und variablem Krümmungsradius erzeugen. Werden zwei Kinematiken hintereinander gekoppelt bzw. zwei Antriebsmodule innerhalb der Gesamtlänge des Arms angeordnet, kann beispielsweise ein ”S”-Bogen erzeugt werden.
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Realisierbar ist dadurch eine sichere Mensch-Roboter-Interaktion, welche einen gemeinsamen Arbeitsbereich für Mensch und Roboter ermöglicht. Eine derartige biokinetische Ausgestaltung der einzelnen Komponenten kann insbesondere mit einer Hülle, beispielsweise in Art eines Faltenbalgs, umgeben werden, so dass die einzelnen Komponenten der Module gegenüber Umgebungseinflüssen geschützt sind. Zugleich bewirkt eine Hülle, dass keine Klemmstellen und keine Scherstellen entstehen, welche zu Verletzungen von Menschen oder zu Beschädigungen von umgebenden sonstigen Gegenständen führen können. Im Gegensatz zu einem einfachen Knickarm-Roboter mit nur einem Gelenk zwischen zwei länglichen Gestängen bestehen keine Klemmstellen und keine Scherstellen. Ermöglicht wird beim Einsatz eines derartigen Roboterarms ein nachvollziehbarer Bewegungsraum und keine Umkonfiguration, wie sie beim Knickarm-Roboter erforderlich ist. Da die Antriebe innerhalb des Systems bevorzugt feststehen, ist nur eine sehr kleine bewegte Masse zu bewegen, wodurch eine Kollisionsenergie reduziert wird.
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Ein Ausführungsbeispiel wird nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
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1 einen Roboterarm, der aus einer Vielzahl aneinander gekoppelter Module ausgebildet ist, wobei eine länglich erstreckte Stellung des Roboterarms skizziert ist,
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2 den Roboterarm gemäß 1 in einer gekrümmten Stellung,
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3 den Roboterarm in einer geradlinig zusammengezogenen Stellung und
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4A–4F verschieden ausgestaltete Modulkörper mit unterschiedlichen Lageranordnungen für Verbindungseinrichtungen.
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Wie aus 1 ersichtlich, erstreckt sich zwischen einem ersten Endabschnitt 11 und einem zweiten Endabschnitt 12 ein Arm 13, der aus einer Vielzahl erster Module 14 und zweiter Module 15 ausgebildet ist. Beispielsweise dient der erste Endabschnitt 11 dazu, an einen stationären Körper angekoppelt zu werden, während der zweite Endabschnitt 12 dazu dient, ein Werkzeug 29 oder einen Greifer zu halten.
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Die verschiedenen Module 14, 15, 22 bestehen jeweils aus einem starren Modulkörper 17. Vorzugsweise, jedoch nicht zwingend erforderlich, sind die Modulkörper 17 scheibenförmig ausgebildet. Jeweils zwei zueinander benachbarte Modulkörper 17 sind untereinander mittels jeweils drei Verbindungseinrichtungen 16 miteinander verbunden. Die Verbindungseinrichtungen 16 sind jeweils aus einem starren Material ausgebildet und haben eine längliche, beispielsweise stabförmige, Ausgestaltung. Jede der Verbindungseinrichtungen 16 ist mittels einer Gelenkeinrichtung 18 an dem ihr zugeordneten Modulkörper 17 verschwenkbar gelagert.
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Dabei ist die Verbindungseinrichtung 16 durch eine Durchtrittsöffnung 19 des Modulkörpers 17 hindurchgeführt. Die Verbindungseinrichtung 16 ragt somit auf beiden Seiten aus dem Modulkörper 17 heraus und ist an bzw. in dessen Durchtrittsöffnung 19 so mittels der Gelenkeinrichtung 18 gelagert, dass eine Verschwenkung der Verbindungseinrichtung 16 relativ zum Modulkörper ermöglicht wird. Durch eine Verschwenkung kippt bei axialer Betrachtung durch die Gelenkeinrichtung beispielsweise der oberseitige Teil der Verbindungseinrichtung 16 nach rechts, während der unterseitige Teil der Verbindungseinrichtung 16 nach links verschwenkt. Bei umgekehrter Verschwenkungsrichtung ist der Ablauf entgegengesetzt.
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Bevorzugt sind alle drei Verbindungseinrichtungen 16 in einer solchen Art und Weise am Modulkörper 17 gelagert. Die Gelenkeinrichtungen 18 sind dabei insbesondere sternförmig von einem Mittelpunkt des Modulkörpers 17 führend, so dass die drei Verbindungseinrichtungen 16 längs einer imaginären kreisförmigen Bahn um die Gelenkeinrichtungen 18 verschwenkbar sind.
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Beim Aneinander-Ankoppeln eines ersten Moduls 14 und eines zweiten Moduls 15 werden die jeweiligen einander benachbarten Endabschnitte je zweier der Verbindungseinrichtungen 16 miteinander gekoppelt bzw. gelenkig verbunden. Die Verbindung erfolgt dabei so, dass bei einem Aufeinander-Zubewegen der beiden miteinander gekoppelten benachbarten Module 14, 15 die drei Verbindungseinrichtungen 16 des ersten Moduls 14 längs der imaginären Kreisbahn beispielsweise in Richtung des Uhrzeigersinns verschwenken, während von der Kopplungsstelle aus betrachtet die entsprechend damit gekoppelten Verbindungseinrichtungen 16 des zweiten Moduls 15 entgegen dem Uhrzeigersinn verschwenken. Mit anderen Worten sind bei dieser Ausgestaltung aus Sicht des Zwischenraums zwischen dem ersten und dem zweiten Modul 14, 15 die Verbindungseinrichtungen 16 in dem Modulkörper 17 des ersten Moduls 14 unter einem ersten Winkel α gegenüber einer zu der Längsachse X, welche mittig senkrecht durch den Modulkörper 17 führt, zumindest parallelen Achse bzw. Längsachse X' verschwenkbar gelagert. Entsprechend sind aus Sicht des Modulkörpers 17 des zweiten Moduls 15 dessen Verbindungseinrichtungen 16 unter einem zweiten Winkel β gegenüber der Längsachse X bzw. einer dazu parallelen Längsachse X'' verschwenkbar gelagert. Durch ein Bewegen der beiden zueinander benachbarten Modulkörper 17 des ersten und des zweiten Moduls 14, 15 werden deren Verbindungseinrichtungen 16 derart geneigt, dass der erste Winkel α und der zweite Winkel β gegenüber deren jeweiligen Längsachsen X', X'' in zueinander unterschiedlicher Richtung geneigt sind.
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Die Enden der beiden jeweils miteinander gekoppelten Verbindungseinrichtungen 16 sind durch verschiedenartige Ausgestaltungen von Koppeleinrichtungen 20, 21 miteinander verbindbar. Dabei ist die Kopplung so, dass die beiden aneinander gekoppelten Verbindungseinrichtungen 16 einerseits relativ zueinander verschwenkbar und/oder verdrehbar sind und andererseits eine in Längsrichtung des Arms 13 ausreichend feste Verbindung bilden. Neben Ausgestaltungen mit einer nicht oder nicht ohne Aufwand lösbaren Kopplung der beiden miteinander verbundenen Verbindungseinrichtungen 16 sind auch Kupplungen ausgestaltbar, welche durch Aneinanderkoppeln und Auseinanderkoppeln mit gegebenenfalls nur geringem Aufwand wieder voneinander trennbar sind.
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Die beispielhaft skizzierten Koppeleinrichtungen 20, 21 greifen U-förmig ineinander ein und sind beispielsweise durch hindurchführende Bolzen miteinander verbunden. Auch Ausgestaltungen mit einem kugelförmigen oder teilkugelförmigem Endabschnitt einer der Koppeleinrichtungen und einem die Kugel zumindest teilweise umgreifenden schalenförmigen Aufbau oder ringförmigen Aufbau der gegenüberliegenden Koppeleinrichtung sind ausgestaltbar.
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Zur Unterstützung einer möglichst eng aneinander anliegenden zusammengezogenen Stellung der beiden zueinander benachbarten Module 14, 15 und einer dafür erforderlichen starken Neigung der Verbindungseinrichtungen sind die Endabschnitte der Verbindungseinrichtungen 16 mit schräg verlaufenden Bereichen 27 ausgebildet. Die entsprechenden schräg verlaufenden Bereiche 27 der aneinander angekoppelten Endabschnitte zweier solcher Verbindungseinrichtungen 16 laufen dabei vorzugsweise entgegengesetzt zur Verschwenkungsrichtung der jeweiligen Verbindungseinrichtung 16 geneigt. Bei dieser Ausgestaltung werden somit zwei zueinander verschiedene erste und zweite Module 14, 15 bereitgestellt, welche in abfolgendem Wechsel innerhalb des Arms 13 eingesetzt werden.
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Beispielhaft ist das allererste Modul des Arms 13 als ein Antriebsmodul 22 ausgebildet. Bei dem Antriebsmodul 22 sind an dessen Modulkörper 17 bis zu insbesondere drei Verschwenkantriebe 23 fest angeordnet. Als Verschwenkantriebe 23 sind insbesondere Elektromotoren vorteilhaft einsetzbar, wobei jedoch auch andere Antriebsarten, beispielsweise hydraulische Antriebe, realisierbar sind. Die Verschwenkantriebe 23 weisen Antriebswellen 30 auf, welche vorzugsweise zugleich als Gelenkwelle ausgebildet sind und fest an dem Körper der in Längsrichtung befindlichen Verbindungseinrichtung 16 durch dessen Verschwenkungsachse führend angekoppelt oder damit verbunden oder damit einstückig ausgebildet sind. Wenn die Antriebswelle 30 einer der Verschwenkantriebe 23 durch den Verschwenkantrieb 23 in Drehung versetzt wird, dreht sich somit automatisch die daran verbundene Verbindungseinrichtung 16, was eine zwangsweise Verschwenkung der daran befestigten Verbindungseinrichtung 16 des benachbarten ersten Moduls 14 zur Folge hat. Die Verschwenkung setzt sich durch die Ausgestaltung des Arms 13 durch die gesamte Abfolge aller damit gekoppelter Verbindungseinrichtungen 16 fort, was bei Antrieb eines einzelnen dieser Antriebe zu einer Verschwenkung des Arms in einer Richtung zum Antrieb oder von dem Verschwenkantrieb 23 weg führt. Bei gleichmäßigem Antrieb aller drei Verschwenkantriebe 23 führt dies zu einer Bewegung des gesamten Arms 13 längs einer zentral durch diesen führenden Längsachse X. Jeder der Verschwenkantriebe 23 steuert somit eine erste, zweite bzw. dritte Gliederkette 24, 25, 26 aus jeweils einer Vielzahl aneinander in Reihe gekoppelter Verbindungseinrichtungen 16 an. Während 1 und 3 eine geradlinige Erstreckung des Arms 13 durch gleichmäßiges Ansteuern aller drei Verschwenkungsantriebe 23 skizziert, zeigt 2 eine Situation, welche sich durch ungleichmäßiges Ansteuern der drei Verschwenkantriebe 23 relativ zueinander ergibt. In diesem Fall biegt sich der Arm 13 um seine zentrale Längsachse X bzw. mit dieser von Modulkörper 17 zu Modulkörper 17.
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An den beiden Endabschnitten 11, 12 sind beispielhaft Modulkörper 17 dargestellt, durch welche durch deren Durchtrittsöffnungen 19 die jeweiligen Verbindungseinrichtungen 16 hindurchragen. Anstelle einer solchen Ausgestaltung können an den Endabschnitten jedoch auch beliebige andere Körper angesetzt sein, an welchen derartige drei Verbindungseinrichtungen lediglich verschwenkbar gelagert sind, wobei diese nicht durch den jeweiligen Körper zu dessen Rückseite hindurchragen. Dadurch wird ein platzsparenderer Aufbau ermöglicht, auch wenn gegebenenfalls ein weiterer End-Modultyp bereitzustellen ist.
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Die dargestellten Modulkörper 17 weisen jeweils eine Durchtrittsöffnung 19 für jede der Verbindungseinrichtungen 16 auf, wobei dieses Merkmal ebenfalls nicht als zwingend erforderliches Merkmal zu sehen ist. Solche Durchtrittsöffnungen 19 bieten den Vorteil einer Lagerung der Verbindungseinrichtungen 16 zu beiden Seiten ihrer Verschwenkungsachse. Insbesondere können solche Durchtrittsöffnungen 19 auch an anderen Positionen im Modulkörper 31–34 ausgebildet sein. Wie dies anhand 4A skizziert ist, liegen die Durchtrittsöffnungen 19 längs einer insbesondere kreisförmigen Bahn angeordnet. Wie dies anhand 4B skizziert ist, liegen die Durchtrittsöffnungen 19 sternförmig verlaufend angeordnet. Wie dies anhand 4C und 4D skizziert ist, liegen die Durchtrittsöffnungen 19 parallel zueinander angeordnet mit dabei 2 direkt parallel zueinander bzw. zwei auf einer Linie hintereinander angeordnet. Wie dies anhand 4E skizziert ist, liegen die Durchtrittsöffnungen 19 ohne erkennbares System angeordnet, wobei natürlich eine ausreichende Verschwenkbarkeit der daran gelagerten Verbindungseinrichtungen gegeben ist. Wie dies anhand 4A skizziert ist, liegen die Durchtrittsöffnungen 19 längs einer insbesondere kreisförmigen Bahn angeordnet. Die bei diesen Ausgestaltungen nicht skizzierten Gelenkeinrichtungen verlaufen dabei wieder entsprechend quer zu den Durchtrittsöffnungen 19 und lagern die Verbindungseinrichtungen so, dass die Verbindungseinrichtungen in einer Ebene verschwenkbar sind, welche insbesondere mit einer Ebenenachse durch die Längserstreckung der Durchtrittsöffnungen 19 verläuft.
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Prinzipiell können aber auch Modulkörper bereitgestellt werden, welche außenseitig eine abstehende Achse oder Lagerverbindung als eine derartige Gelenkeinrichtung 36 aufweisen, so dass entsprechende Verbindungseinrichtungen außen am Modulkörper 35 ansitzend gelagert sind, wie dies anhand 4F skizziert ist. Bei rahmenartigen Ausgestaltungen können solche Verbindungseinrichtungen aber auch innenseitig an Rahmenelementen einseitig gelagert angeordnet sein.
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Dargestellt sind rahmenartig aufgebaute Verbindungseinrichtungen 16 aus zwei zueinander parallel verlaufenden Platten, welche an ihren äußeren Endabschnitten durch die jeweiligen Koppeleinrichtungen 20, 21 miteinander fest verbunden sind. Anstelle dessen können auch vollprofilförmige Stäbe oder sonstige Ausgestaltungen eingesetzt werden.
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Anstelle eines oder mehrerer Antriebe an einem einzelnen Modulkörper 17, welcher als Antriebsmodul 22 am Anfang oder am Ende des Arms 13 angeordnet ist, können derartige oder zusätzliche Antriebsmodule 22 auch an beliebigen weiteren Positionen innerhalb des Arms 13 angeordnet sein. Dadurch lassen sich dann Verschwenkungen des Arms 13 nicht nur in 'C'-Form ermöglichen. Prinzipiell können die insbesondere drei Verschwenkantriebe auch verteilt auf verschiedene derartige Module sein und müssen nicht zwingend alle drei am selben Modulkörper 17 angeordnet sein. Anstelle der elektrischen Antriebe am Grundkörper können auch Antriebe außerhalb des eigentlichen Arms 13 angeordnet sein und mit beispielsweise Gestängen oder Hydraulikanordnungen mit jeweils einer der Gliederkette 24–26 verbunden sein.
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Bezugszeichenliste
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- 11
- erster Endabschnitt
- 12
- zweiter Endabschnitt
- 13
- Arm
- 14
- erste Module
- 15
- zweite Module
- 16
- Verbindungseinrichtungen
- 17
- Modulkörper
- 18
- Gelenkeinrichtung
- 19
- Durchtrittsöffnung
- 20
- erste Koppeleinrichtung
- 21
- zweite Koppeleinrichtung
- 22
- Antriebsmodul
- 23
- Verschwenkantrieb
- 24
- erste Gliederkette
- 25
- zweite Gliederkette
- 26
- dritte Gliederkette
- 27
- schräg verlaufender Bereich
- 28
- Durchführungsöffnung
- 29
- Werkzeug
- 30
- Antriebswellen
- 31–35
- Modulkörper
- 36
- Gelenkeinrichtung
- X
- zentrale Längsachse
- X'
- Längsachse in 14 parallel zur zentralen Längsachse
- X''
- Längsachse in 15 parallel zur zentralen Längsachse
- α
- erster Winkel gegenüber Längsachse X
- β
- zweiter Winkel gegenüber Längsachse X
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- EP 2243994 A1 [0002]
- WO 2011/104038 A1 [0003]