DE20003638U1

DE20003638U1 - Robot cell for handling devices

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Publication number: DE20003638U1
Application number: DE20003638U
Authority: DE
Original assignee: D & T Engineering GmbH
Current assignee: D & T Engineering GmbH
Priority date: 2000-02-29
Filing date: 2000-02-29
Publication date: 2000-05-25
Anticipated expiration: 2010-03-01

Description

Beschreibung:Description: Roboterzelle für HandhabungseinrichtungenRobot cell for handling equipment

Die Erfindung betrifft eine Roboterzelle für Handhabungseinrichtungen, insbesondere Industrieroboter.The invention relates to a robot cell for handling devices, in particular industrial robots.

Handhabungseinrichtungen sind Arbeitsmaschinen, die zur Handhabung von Objekten mit zweckdienlichen Einrichtungen, wie z. B. Greifern oder Werkzeugen, ausgerüstet sind. Flexible Handhabungsgeräte, insbesondere Industrieroboter, werden zur selbsttätigen Handhabung von Objekten mit zweckdienlichen Werkzeugen ausgerüstet und sind in mehreren Bewegungsachsen hinsichtlich Orientierung, Position sowie Arbeitsablauf programmierbar. Handhabungseinrichtungen und Handhabungsgeräte sind also flexibel und universell einsetzbar, wobei diese im allgemeinen direkt auf dem Boden der Verpackungs- oder Montagebzw. Fertigungshallen festgeschraubt werden. Dadurch werden insbesondere bei raschen Roboterbewegungen mit hohen Beschleunigungen/Verzögerungen Schwingungen leicht in den Boden übertragen, wodurch Genauigkeitsfehler auftreten können.Handling devices are work machines that are equipped with appropriate devices, such as grippers or tools, for handling objects. Flexible handling devices, especially industrial robots, are equipped with appropriate tools for the automatic handling of objects and can be programmed in several axes of movement in terms of orientation, position and work sequence. Handling devices and handling equipment are therefore flexible and universally applicable, and are generally screwed directly onto the floor of the packaging, assembly or production halls. This means that vibrations are easily transmitted to the floor, particularly during rapid robot movements with high accelerations/decelerations, which can lead to errors in accuracy.

Einerseits bieten zwar Industrieroboter durch ihre maschinen- und steuerungstechnischen Einrichtungen ein hohes Maß an Anpassungsfähigkeit und Ansteuergenauigkeit, andererseits ist durch die direkte Montage auf dem Boden die Flexibilität eingeschränkt. Zudem müssen Verkleidungs- und Türfelder zum Aufbau von Roboterzellen gesondert auf dem Boden befestigt werden, so daß jeder Umbau mit einem erheblichen Aufwand verbunden ist. Oftmals ist auch absolute Ebenheit innerhalb der Roboterzelle erforderlich, z. B. um gegriffene Werkstücke abzusetzen oder für Zwischenspeicher, was manchmal sogar bautechnische Veränderungen erforderlich macht. Letztere Maßnahmen sind auch erforderlich, falls bezüglich der chemischen und mechanischen Widerstandsfähigkeit an den Untergrund in diesem Bereich besondere Anforderungen gestellt werden, beispielsweise in der Nahrungsmittelindustrie.On the one hand, industrial robots offer a high degree of adaptability and control precision thanks to their mechanical and control systems, but on the other hand, flexibility is limited by the fact that they are mounted directly on the floor. In addition, paneling and door panels for the construction of robot cells must be attached to the floor separately, so that every conversion involves considerable effort. Absolute flatness is often required within the robot cell, e.g. to set down gripped workpieces or for intermediate storage, which sometimes even requires structural changes. The latter measures are also necessary if special requirements are placed on the subsurface in this area in terms of chemical and mechanical resistance, for example in the food industry.

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Demzufolge liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Roboterzelle für Handhabungseinrichtungen zu schaffen, mit der die vorstehenden Nachteile beseitigt werden können, insbesondere der Aufbau von Roboterzellen vereinfacht werden kann.Accordingly, the object of the invention is to provide a robot cell for handling devices with which the above disadvantages can be eliminated, in particular the structure of robot cells can be simplified.

Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Roboterzelle für Handhabungseinrichtungen gemäß den Merkmalen des Anspruchs 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche.This object is achieved by a robot cell for handling devices according to the features of claim 1. Advantageous embodiments are the subject of the subclaims.

Die vorgeschlagene Grundplatte besteht hauptsächlich aus gegen chemische Belastungen besonders widerstandsfähigem Polymerbeton (auch Mineralguß genannt), welcher von einer Armierung umgeben wird, die sowohl als Schalung bei der Herstellung dienen kann als auch Befestigungseinrichtungen und eine Knotenplatte vorzugsweise in den Ecken aufnimmt.The proposed base plate consists mainly of polymer concrete (also called mineral cast) which is particularly resistant to chemical stresses and is surrounded by a reinforcement which can serve as formwork during production as well as accommodate fastening devices and a node plate preferably in the corners.

Die Basis-Grundplatte, auf welcher die Handhabungseinrichtung, insbesondere Industrieroboter, durch im Mineralguß verankerte Schrauben befestigt ist, wird vorzugsweise durch Zuganker am Boden festgeschraubt. Hierdurch wird der erforderliche feste Verbund zwischen Industrieroboter und dem Boden hergestellt und gleichzeitig ein Dämpfungselement zwischengeschaltet, so daß Schwingungen kaum übertragen werden. Hierdurch wird das Schwingverhalten und die Ansteuergenauigkeit verbessert.The base plate, to which the handling device, in particular the industrial robot, is attached by screws anchored in the mineral cast, is preferably screwed to the floor using tie rods. This creates the necessary solid connection between the industrial robot and the floor and at the same time interposes a damping element so that vibrations are hardly transmitted. This improves the vibration behavior and control accuracy.

Um in Modulbauweise an der Basis-Grundplatte weitere Grundplatten anschließen zu können, sind vorzugsweise an den Ecken der Roboterzellen Knotenplatten aus Stahl angeordnet und in den Mineralguß eingegossen. Die Knotenplatten sind vorzugsweise aus nichtrostendem Stahl gefertigt. Die Verbindung zwischen den beiden aneinanderstoßenden Knotenplatten und damit auch zwischen den Grundplatten wird vorzugsweise mit Hilfe von mehreren Traversen erreicht. Eine an der Unterseite der Knotenplatte anzuordnende Traverse mit je einer Bohrung für einen Bolzen oder eine Schraube ist so ausgebildet, daß durch das Befestigen des Bolzens oder der Schraube die beiden Knotenplatten an einer Ausbuchtung zusammengepreßt und damit exakt ausgerichtet arretiert werden. Über dieser Traverse ist eine weitere Traverse angeordnet, mit der die anzuschließende Grundplatte in einemIn order to be able to connect further base plates to the basic base plate in a modular design, steel node plates are preferably arranged at the corners of the robot cells and cast into the mineral cast. The node plates are preferably made of stainless steel. The connection between the two abutting node plates and thus also between the base plates is preferably achieved with the help of several crossbars. A crossbar to be arranged on the underside of the node plate, each with a hole for a bolt or screw, is designed in such a way that by fastening the bolt or screw, the two node plates are pressed together at a bulge and thus locked in exact alignment. A further crossbar is arranged above this crossbar, with which the base plate to be connected can be fixed in a

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weiteren Freiheitsgrad fixiert wird. Durch die entsprechende Ausbildung der Knotenplatte können somit an den Ecken der Grundplatten zwei bis vier Grundplatten fest in Modulbauweise und exakt definierter Ausrichtung miteinander verbunden werden. Nur die Basis-Grundplatte mit Industrieroboter wird mit dem Boden durch Zuganker und vorzugsweise Schrauben verbunden, während die anderen, somit bereits exakt ausgerichteten Grundplatten in einfacher Weise auf höhenverstellbare Standbeine gestellt werden.further degree of freedom. By designing the node plate accordingly, two to four base plates can be firmly connected to one another at the corners of the base plates in a modular design and with a precisely defined alignment. Only the base plate with the industrial robot is connected to the floor using tie rods and preferably screws, while the other base plates, which are already precisely aligned, are simply placed on height-adjustable legs.

Um Versorgungsleitungen für die Handhabungseinrichtungen, beispielsweise für elektrische, hydraulische und pneumatische Antriebe, einfach anschließen zu können, ist die Armierung bevorzugt rohrförmig ausgebildet, so daß sie auch als Kabelkanal genützt werden kann. Darüberhinaus können auch in den Mineralguß Leerrohre zur Aufnahme von Versorgungsleitungen eingebaut sein. Um auch Tür- und Verkleidungsfelder an derart zusammengestellten Roboterzellen leicht anzubringen, können am Rahmen der Grundplatten, insbesondere an deren Knotenplatten, Befestigungseinrichtungen angeordnet werden. Diese sind vorzugsweise als Leisten oder Winkel zum einfachen Einhängen und Verschrauben, beispielsweise von Tür- und Verkleidungsfeldern, ausgeführt. Zum Schutz der Knotenplatten können im Arbeitsbereich des Industrieroboters auch Schutzplatten, vorzugsweise aus nichtrostendem Stahl, aufgebracht werden. Durch die leitende Verbindung aller verwendeten metallischen Bauteile untereinander kann die Erdung der gesamten Roboterzelle nur an einer Stelle erfolgen.In order to be able to easily connect supply lines for the handling devices, for example for electrical, hydraulic and pneumatic drives, the reinforcement is preferably tubular so that it can also be used as a cable duct. In addition, empty pipes can be built into the mineral cast to accommodate supply lines. In order to easily attach door and panel panels to robot cells assembled in this way, fastening devices can be arranged on the frame of the base plates, in particular on their node plates. These are preferably designed as strips or angles for easy hanging and screwing, for example of door and panel panels. To protect the node plates, protective plates, preferably made of stainless steel, can also be applied in the working area of the industrial robot. Due to the conductive connection of all the metal components used to one another, the entire robot cell can be earthed at just one point.

Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel anhand der Zeichnungen näher erläutert und beschrieben. Hierbei zeigen:An embodiment is explained and described in more detail below using the drawings. These show:

Fig. 1 eine Seiten- und Draufsicht eines Industrieroboters mit Grundplatte und zwei zugehörigen Detailansichten im Eckbereich einer Grundplatte;Fig. 1 a side and top view of an industrial robot with base plate and two corresponding detailed views in the corner area of a base plate;

Fig. 2 eine Draufsicht einer Knotenplatte mit zwei Schnitten im Traversenbereich;Fig. 2 is a plan view of a node plate with two cuts in the truss area;

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►· -4.►· -4.

Fig. 3 eine Seitenansicht und Draufsicht einer Roboterzelle, bestehend aus sechs zusammengefügten Grundplatten sowieFig. 3 a side view and top view of a robot cell consisting of six assembled base plates and

Verkleidungs- und Türfeldern; und Fig. 4 eine Draufsicht einer Knotenplatte mit Befestigungseinrichtungen für Verkleidungs- bzw. Türelemente.cladding and door panels; and Fig. 4 is a plan view of a node plate with fastening devices for cladding and door elements.

Wie insbesondere aus der Seitenansicht eines Industrieroboters in Fig. 1 hervorgeht, ist dieser nicht direkt auf dem Boden 12 einer Halle befestigt, sondern auf einer zwischengeordneten Grundplatte 1 festgeschraubt. Die Grundplatte 1 ihrerseits ist auf dem Boden 12 mit Zuganker bzw. Schrauben 21 verankert. In der hier rechts dargestellten Detailansicht im Eckbereich der Grundplatte 1 ist die als Rahmen oder Rechteckrohr ausgebildete Armierung 6 erkennbar, die somit auch als Kabelkanal 14 für Versorgungsleitungen, beispielsweise für elektrische, hydraulische und pneumatische Antriebe, des Industrieroboters 8 dient.As can be seen in particular from the side view of an industrial robot in Fig. 1, it is not attached directly to the floor 12 of a hall, but is screwed onto an intermediate base plate 1. The base plate 1 is in turn anchored to the floor 12 with tie rods or screws 21. In the detailed view shown here on the right in the corner area of the base plate 1, the reinforcement 6 designed as a frame or rectangular tube can be seen, which thus also serves as a cable duct 14 for supply lines, for example for electrical, hydraulic and pneumatic drives, of the industrial robot 8.

In der Draufsicht ist der Industrieroboter 8 auf der Grundplatte 1 erkennbar, auf der dieser angeflanscht bzw. festgeschraubt ist. Die als Rahmen ausgebildete Armierung 6 umgibt den vorzugsweise mit Polymerbeton bzw. Mineralguß 7 ausgefüllten Innenbereich der Grundplatte 1. Ergänzend zum Polymerbeton, der auch hohen chemischen Belastungen, z. B. bei Handhabung von Laugen-/Säurenbehältern standhält, kann noch Faserbeton bei hoher mechanischer Beanspruchung verwendet werden. Insbesondere in der hier rechts dargestellten Detailansicht ist die in den Eckbereichen der Grundplatte 1 angeordnete Knotenplatte 2 zum Verbinden der Grundplatten 1 untereinander in modularer Bauweise erkennbar. Die Knotenplatte 2, welche vorzugsweise aus nichtrostendem Stahl gefertigt ist, ist in den Mineralguß 7 miteingegossen und dort mit der Armierung 6 verankert.In the top view, the industrial robot 8 can be seen on the base plate 1, to which it is flanged or screwed. The reinforcement 6, designed as a frame, surrounds the interior of the base plate 1, which is preferably filled with polymer concrete or mineral cast 7. In addition to the polymer concrete, which can also withstand high chemical loads, e.g. when handling alkali/acid containers, fiber concrete can also be used for high mechanical stress. In particular, in the detailed view shown here on the right, the node plate 2 arranged in the corner areas of the base plate 1 for connecting the base plates 1 to one another in a modular design can be seen. The node plate 2, which is preferably made of stainless steel, is cast into the mineral cast 7 and anchored there with the reinforcement 6.

Die Verbindung von zwei Grundplatten 1 (vgl. Fig. 2) erfolgt mit Hilfe der in den Eckbereichen der Grundplatten 1 befindlichenThe connection of two base plates 1 (see Fig. 2) is carried out by means of the

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Knotenplatten 2. Sie sind bevorzugt über drei verschiedene Traversen 3, 4, 5 und hier nicht dargestellten Bolzen bzw. Schrauben miteinander verbunden. Die Anordnung ist bezüglich der Berührungsebene 15 zueinander symmetrisch. Die mit je einer Bohrung versehene und an der Unterseite der Knotenplatte 2 angeordnete Traverse 3 (vgl. Schnitt A-A) ist an ihrer Oberseite zum Teil konisch bzw. klammerartig geformt, so daß beim Anziehen der in den Bohrungen befindlichen, nicht dargestellten Schrauben die Knotenplatten 2 im Bereich der als Indexierung dienenden Ausbuchtungen 17 aneinanderstoßen.Node plates 2. They are preferably connected to one another via three different cross members 3, 4, 5 and bolts or screws (not shown here). The arrangement is symmetrical to one another with respect to the contact plane 15. The cross members 3, each provided with a hole and arranged on the underside of the node plate 2 (see section A-A), are partly conical or shaped like a clamp on their upper side, so that when the screws (not shown) located in the holes are tightened, the node plates 2 abut one another in the area of the bulges 17 serving as indexing.

Oberhalb der Traverse 3 befindet sich eine weitere, ebenfalls mit Bohrungen versehene Traverse 4. Neben diesen beiden übereinander angeordneten Traversen 3, 4 befindet sich eine dritte Traverse 5 an der Unterseite der Knotenplatte 2 mit je zwei Bohrungen für Schrauben bzw. Bolzen (vgl. Schnitt B-B), wodurch die exakte winkelgenaue Festlegung der Grundplatten 1 (ausgehend von der in Fig. 1 dargestellten Basis-Grundplatte, auf der der Industrieroboter 8 steht) erfolgt. Um noch weitere Knotenplatten 2 miteinander fest verbinden zu können, sind die Knotenplatten 2 auch zur Diagonale 16 symmetrisch ausgebildet. Dies ermöglicht es, zwei bis vier Grundplatten 1 an einer Ecke einer Grundplatte 1 bausteinartig in Modulbauweise miteinander zu verbinden.Above the crossbeam 3 there is another crossbeam 4, also provided with holes. In addition to these two crossbeams 3, 4 arranged one above the other, there is a third crossbeam 5 on the underside of the node plate 2, each with two holes for screws or bolts (see section B-B), which ensures the exact angle of the base plates 1 (starting from the base plate shown in Fig. 1 on which the industrial robot 8 stands). In order to be able to firmly connect even more node plates 2 to one another, the node plates 2 are also designed symmetrically to the diagonal 16. This makes it possible to connect two to four base plates 1 to one corner of a base plate 1 in a modular construction.

Eine derartige Anordnung einer Roboterzelle in Drauf- und Seitenansicht ist in Fig. 3 mit insgesamt sechs Grundplatten 1 ersichtlich. Auf der Basis-Grundplatte 18 (entsprechend der Grundplatte 1 in Fig. 1) befindet sich der darauf festgeschraubte Industrieroboter 8. Nur die Basis-Grundplatte 18 ist mit dem Boden 12 über die Schrauben bzw. Zuganker 21 (vgl. Fig. 1) fest verankert. Die restlichen fünf Grundplatten 1 verfügen an der Unterseite lediglich über nicht dargestellte höhenverstellbare Standbeine, die nach der vorstehend beschriebenen Ausrichtung in Horizontallage ohne weitere Justierungsarbeiten in den Knotenoder Grundplatten festgeschraubt werden können. Dies ermöglicht einen schnellen und flexiblen Auf- und Abbau der Roboterzelle, da die Basis-Grundplatte 18 und daran anschließende Grundplatten 1 durch die Knotenplatten 2 miteinander verbunden und somitSuch an arrangement of a robot cell in top and side view is shown in Fig. 3 with a total of six base plates 1. The industrial robot 8 is screwed onto the base plate 18 (corresponding to the base plate 1 in Fig. 1). Only the base plate 18 is firmly anchored to the floor 12 via the screws or tie rods 21 (see Fig. 1). The remaining five base plates 1 have only height-adjustable legs (not shown) on the underside, which can be screwed into the nodes or base plates without any further adjustment work after the alignment described above in the horizontal position. This enables the robot cell to be set up and dismantled quickly and flexibly, since the base plate 18 and the base plates 1 connected to it are connected to one another by the node plates 2 and thus

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zueinander in der Horizontallage exakt ausgerichtet sind. Somit können die Grundplatten 1 und die Basis-Grundplatte 18 in Modulbauweise in einfacher Weise aufgebaut und bei Bedarf erweitert werden.are precisely aligned with each other in the horizontal position. This means that the base plates 1 and the base plate 18 can be easily constructed in a modular design and expanded if required.

Im Arbeitsbereich des Industrieroboters 8 sind die Knotenplatten 2 und Traversen 3, 4, 5 durch vorzugsweise aus nichtrostendem Stahl gefertigte Schutzplatten 13 abgedeckt und geschützt, insbesondere bei chemisch aggressiver Umgebung oder bei hohen hygienischen Anforderungen, z. B. im Lebensmittelbereich. Versorgungsleitungen 20, insbesondere für elektrische, hydraulische und pneumatische Antriebe, können, hier gestrichelt dargestellt, von einer Versorgungseinheit 19 ausgehend in der Armierung 6 als Kabelkanal 14 oder in Leerrohren im Mineralguß 7 zum Industrieroboter 8 geführt werden. Der Mineralguß 7 wird vorzugsweise als Polymerbeton mit Kunststoffen als Bindemittel verwendet, um eine hohe chemische Widerstandsfähigkeit und Glattkeit dieses Bodenbelages zu erreichen. Zur Erhöhung der Schlagfestigkeit können zusätzlich auch Fasern in die Matrix eingemischt werden.In the working area of the industrial robot 8, the node plates 2 and crossbeams 3, 4, 5 are covered and protected by protective plates 13, preferably made of stainless steel, particularly in chemically aggressive environments or with high hygiene requirements, e.g. in the food sector. Supply lines 20, particularly for electrical, hydraulic and pneumatic drives, can be led from a supply unit 19 in the reinforcement 6 as a cable duct 14 or in empty pipes in the mineral cast 7 to the industrial robot 8, shown here in dashed lines. The mineral cast 7 is preferably used as polymer concrete with plastics as a binding agent in order to achieve a high chemical resistance and smoothness of this floor covering. Fibers can also be mixed into the matrix to increase the impact resistance.

Verkleidungsfelder 9 und Türfelder 10 können um die gesamte Roboterzelle an den Grundplatten 1 als Umgrenzuung befestigt werden. Die hierfür vorgesehenen winkel- oder leistenförmigen Befestigungseinrichtungen 11 sind aus Fig. 4 ersichtlich. Dadurch können die Verkleidungs- und Türfelder 9, 10 leicht an der Außenseite eingehängt und an den Knotenplatten 2 festgeschraubt werden.Panels 9 and door panels 10 can be attached to the base plates 1 as a border around the entire robot cell. The angled or strip-shaped fastening devices 11 provided for this purpose can be seen in Fig. 4. This allows the panel and door panels 9, 10 to be easily hung on the outside and screwed onto the node plates 2.

Insgesamt wird durch diese in Modulbauweise zu einer Roboterzelle angeordneten Grundplatten 1 ein schneller und damit kostengünstiger Aufbau/Abbau von Fertigungs- und Montageeinheiten mit Handhabungseinrichtungen, insbesondere Industrieroboter, erreicht. Zusätzlich werden die Schwingungen bei dynamischer Bewegung des Industrieroboters gedämpft und eine glatte, ansprechende Bodenfläche bereitgestellt, so daß diese Roboterzelle insbesondere in Branchen mit hohen Hygiene- oder Sauberkeitsanforderungen eingesetzt werden kann.Overall, these base plates 1 arranged in a modular design to form a robot cell enable a quick and therefore cost-effective assembly/dismantling of production and assembly units with handling devices, in particular industrial robots. In addition, the vibrations during dynamic movement of the industrial robot are dampened and a smooth, attractive floor surface is provided, so that this robot cell can be used in particular in industries with high hygiene or cleanliness requirements.

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Claims

1. Robot cell for handling devices, in particular industrial robots, which are set up on a floor of a production or packaging hall, characterized in that between the handling device (8) and the floor (12) there is arranged at least one base plate (1) which consists at least largely of polymer concrete or mineral casting (7).

2. Robot cell according to claim 1, characterized in that several base plates (1) are arranged horizontally and in a modular construction to form robot cells.

3. Robot cell according to claim 2, characterized in that the base plates (1) are connected via node plates (2) preferably arranged at the corners of the base plates (1).

4. Robot cell according to claim 3, characterized in that the node plates (2) are connected to one another by cross members (3, 4, 5).

5. Robot cell according to claim 4, characterized in that a cross member (3) on the node plates (2) is partially conical in shape for pressing them together.

6. Robot cell according to one of claims 1 to 5, characterized in that the base plates (1) have a reinforcement (6) designed as a frame for the mineral casting (7), preferably polymer or fiber concrete.

7. Robot cell according to claim 6, characterized in that supply lines (20) for the industrial robot (8) are guided in the reinforcement (6) designed as a cable duct (14) or in empty pipes in the mineral casting (7).

8. Robot cell according to one of claims 3 to 7, characterized in that the node plates (2) and associated protective plates (13) are made of stainless steel.

9. Robot cell according to one of claims 1 to 8, characterized in that only one (18) of the base plates (1) below the industrial robot (8) is firmly anchored to the floor (12) and the other base plates (1) are placed on height-adjustable legs.

10. Robot cell according to one of claims 1 to 9, characterized in that fastening devices (11) for attaching, preferably screwing, cladding elements (9) and door elements (10) are attached to the base plates (1) on the outer sides of the robot cells.

11. Robot cell according to claim 10, characterized in that the fastening devices (11) are designed as strips or angles.