DE20107836U1

DE20107836U1 - Robot with protective hose running on the outside

Info

Publication number: DE20107836U1
Application number: DE20107836U
Authority: DE
Original assignee: KUKA Roboter GmbH
Current assignee: KUKA Deutschland GmbH
Priority date: 2000-04-15
Filing date: 2001-04-17
Publication date: 2001-08-09
Anticipated expiration: 2011-04-18

Description

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PATENTANWÄLTE * * ..* PATENT ATTORNEYS * * ..*

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DiPL-PHYS DR RER NAT. JOST LEMPERT D-76207 KARLSRUHE (DURLACH)ng HEINER LICHTI
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Roboter mit außenseitig verlaufendem SchutzschlauchRobot with external protective hose

Die Erfindung betrifft einen Roboter mit wenigstens einem zumindest teilweise außenseitig verlaufenden Schutzschlauch, insbesondere einem Versorgungskabel von Werkzeugen des Roboters aufnehmenden Kabelführungsschlauch.The invention relates to a robot with at least one protective hose running at least partially on the outside, in particular a cable guide hose accommodating a supply cable of tools of the robot.

Bei mehrochsigen Robotern mit mehreren, relativ zueinander verschwenkbaren Teilen, insbesondere Roboterarmen, kommt es ^^ bei Bewegungen des Roboters zu Distanzänderungen der einzelnen Teile, was insbesondere bei zumindest teilweise außenseitig verlaufenden Schutzschläuchen zur Führung von Versorgungskabeln für Elemente und vornehmlich Werkzeuge des Roboters zu beachten ist. Diese müssen einerseits zur Aufnahme von Längenveränderungen in der Lage sein, andererseits bei Bewegungen des Roboters möglichst gering belastet werden, um eine hohe Standfestigkeit zu gewährleisten und eine vorzeitige Beschädigung zu verhindern.In the case of multi-axis robots with several parts that can be pivoted relative to one another, particularly robot arms, the distance between the individual parts changes when the robot moves, which is particularly important when protective hoses run at least partially on the outside to guide supply cables for elements and, in particular, tools of the robot. On the one hand, these must be able to absorb changes in length, and on the other hand, they must be subjected to as little load as possible when the robot moves in order to ensure high stability and prevent premature damage.

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Der Palettierroböter hat vier aktive Achsen (3 Grundachsen, 1 Handachse). Die aktive Handachse ist die Drehachse A6. A5 ist passiv und wird durch eine in einer Anlenkung 13 angreifende Schubstange la synchron mit A2 und A3 bewegt. Um für die zur Aufnahme von Längenveränderungen erforderlichen Längenreserven der Kabelführung zu sorgen ist es z.B. bekannt, die Versorgungskabel im Bereich der Achsen der Roboterarme in im wesentlichen kreisförmigen Schlaufen zu führen (DE 19 8 17 605) oder sie mittels einer Drehdurchführung mit einer Roboterhand, zu verbinden. Während letzteres aufwendig und teuer ist, schränkt die alleinige Führung der Versorgungskabel in Schlaufen die Beweglichkeit bzw. die Verschwenkbarkeit des Roboters, insbesondere der Roboterhand, ein.The palletizing robot has four active axes (3 basic axes, 1 hand axis). The active hand axis is the rotary axis A6. A5 is passive and is moved synchronously with A2 and A3 by a push rod la acting on a linkage 13. In order to ensure the length reserves of the cable guide required to accommodate length changes, it is known, for example, to guide the supply cables in the area of the axes of the robot arms in essentially circular loops (DE 19 8 17 605) or to connect them to a robot hand by means of a rotary union. While the latter is complex and expensive, simply guiding the supply cables in loops restricts the mobility and pivotability of the robot, especially the robot hand.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, bei einem Roboter der eingangs genannten Art für eine verbesserte Kabelführung zu sorgen, die aufgrund einer hohen Längenreserve die Beweglichkeit des Roboters nicht beeinträchtigt und gleichzeitig die Versorgungskabel bzw. den diese aufnehmenden Schutzschlauch nicht oder nur gering belastet.The invention is therefore based on the object of providing improved cable routing in a robot of the type mentioned at the outset, which does not impair the mobility of the robot due to a high length reserve and at the same time places no or only minimal strain on the supply cables or the protective hose that accommodates them.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe bei einem Roboter der eingangs genannten Art durch eine im Bereich eines Werkzeugmontageflansches angeordnete Wickelführung zum Auf- und Abwickeln der in Abhängigkeit der Stellungen des Werkzeugs erforderlichen Länge des Schutzschlauchs gelöst.According to the invention, this object is achieved in a robot of the type mentioned at the outset by a winding guide arranged in the region of a tool mounting flange for winding and unwinding the length of the protective hose required depending on the positions of the tool.

Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung wird bei durch Bewegungen des Roboters verursachten Längenänderungen des Schutzschlauchs dieser nicht unkontrolliert nachgezogen bzw. -geschoben, sondern durch Drehen der Wickelführung kontrolliert auf- und abgewickelt. Hieraus resultiert einerseits eine im wesentlichen uneingeschränkte Bewegungsfreiheit des Roboters, insbesondere ein hoher DrehwinkelDue to the design according to the invention, when the length of the protective hose changes due to movements of the robot, it is not pulled or pushed in an uncontrolled manner, but is wound up and unwound in a controlled manner by turning the winding guide. This results in essentially unrestricted freedom of movement for the robot, in particular a high angle of rotation

der Halteeinrichtung für das Werkzeug, der z.B. eine Drehung des Werkzeugs um wenigstens 270° in jede Richtung ermöglicht. Andererseits werden die durch Zug- und Druckkräfte verursachte Belastungen des Schutzschlauchs durch das insbesondere reibschlüssige Auf- und Abwickeln auf bzw, von der Wickelführung verringert. Schließlich wird die Kompaktheit des Roboters erhöht, da die Wickelführung vermeidet, dass sich bei Drehung der A6 das Kabel unkontrolliert um Arm und Hand wickelt was besonders bei großen Drehwinkeln problematisch ist.the holding device for the tool, which allows the tool to be rotated by at least 270° in any direction. On the other hand, the loads on the protective hose caused by tensile and compressive forces are reduced by the particularly frictional winding and unwinding on and off the winding guide. Finally, the compactness of the robot is increased because the winding guide prevents the cable from uncontrolled wrapping around the arm and hand when the A6 is rotated, which is particularly problematic at large angles of rotation.

Um für ein ordnungsgemäßes Auf- und Abwickeln des Schutzschlauchs bei Bewegungen des Werkzeugs zu sorgen ist vorzugsweise vorgesehen, dass die Wickelführung zwei im wesentlichen deckungsgleiche mit Abstand angeordnete Teller aufweist, zwischen denen der Schutzschlauch aufgewickelt ist, wobei insbesondere der Abstand der Teller etwa der Stärke des Schutzschlauchs entspricht oder diese geringfügig übertrifft.In order to ensure that the protective hose is wound up and unwound properly when the tool is moved, it is preferably provided that the winding guide has two essentially congruent plates arranged at a distance between which the protective hose is wound up, wherein in particular the distance between the plates approximately corresponds to the thickness of the protective hose or slightly exceeds it.

In bevorzugter Ausführung ist die Drehachse der Wickelführung parallel zu der Achse einer den Werkzeug-Montage flansch aufweisenden Roboterhand, insbesondere koaxial zu der Achse mit dem größten erforderlichen Schwenkwinkel, an· geordnet.In a preferred embodiment, the rotation axis of the winding guide is arranged parallel to the axis of a robot hand having the tool mounting flange, in particular coaxially to the axis with the largest required swivel angle.

In bevorzugter Ausführung ist vorgesehen, dass der Wickelführung Führungsrollen zugeordnet sind, die den Schutz schlauch zumindest entlang eines an der Roboterhand angelenkten Roboterarms führen. Vorzugsweise sind zwei den Schutzschlauch im wesentlichen parallel zu dem Roboterarm führende Führungsrollen vorgesehen, von denen jeweils eine im Bereich der endseitig an dem Roboterarm angeordneten Roboterachsen gelagert ist. Die Führungsrollen sind zweckmäßig im wesentlichen parallel zu den an dem Roboterarm an-In a preferred embodiment, the winding guide is assigned guide rollers which guide the protective hose at least along a robot arm articulated on the robot hand. Preferably, two guide rollers are provided which guide the protective hose essentially parallel to the robot arm, one of which is mounted in the area of the robot axes arranged at the end of the robot arm. The guide rollers are expediently arranged essentially parallel to the

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geordneten Roboterachsen, an denen der Roboterarm endseitig angelenkt ist, gelagert. Auf diese Weise ist eine stets enge Führung des Schutzschlauchs entlang des Roboters möglich, indem der Schlauch z.B. bei Bewegungen des Werkzeugs über die Wickelführung aufgewickelt und über die Führungsrollen zumindest entlang des an der Roboterhand angelenkten Roboterarms nachgeführt wird.arranged robot axes, to which the robot arm is hinged at the end. In this way, the protective hose can always be guided closely along the robot, for example by winding the hose up over the winding guide when the tool is moved and guiding it along the guide rollers at least along the robot arm hinged to the robot hand.

Der Schutzschlauch ist bevorzugt um die der Roboterhand abgewandte Roboterachse des Roboterarms in eine Schlaufe geführt, wobei in diesem Fall vorzugsweise wenigstens ein den Schutzschlauch in Umfangsrichtung der der Roboterhand abgewandten Roboterachse des Roboterarms führendes Führungselement vorgesehen ist, welches z.B. nach Art eines den Schlauch aufnehmenden Hohlzylinders ausgebildet sein kann.The protective hose is preferably guided in a loop around the robot axis of the robot arm facing away from the robot hand, wherein in this case preferably at least one guide element is provided which guides the protective hose in the circumferential direction of the robot axis of the robot arm facing away from the robot hand, which guide element can be designed, for example, in the manner of a hollow cylinder which receives the hose.

Um für eine stets enge Führung des Schutzschlauchs am Roboter zu sorgen und ein einwandfreies Auf- und Abwickeln des Schutzschlauchs mittels der Wickelführung zu garantieren, ist der Schutzschlauch um die A3-Achse schlaufenförmig geführt und vorzugsweise in Aufwickelrichtung vorgespannt. Hierzu ist in bevorzugter Ausführung eine Rückstellfeder vorgesehen, die beispielsweise an dem Führungselement zur Führung des Schutzschlauchs in Umfangsrichtung der der Roboterhand abgewandten Roboterachse des an ihr angelenkten Roboterarms angeordnet sein kann. Durch diese Ausgestaltung können die für eine zufriedenstellende Bewegungsfreiheit erforderlichen Längenreserven des Schutzschlauchs von der Wickelführung durch Aufwickeln des Schlauchs aufgenommen 0 werden.In order to ensure that the protective hose is always guided tightly on the robot and to guarantee that the protective hose is wound up and unwound properly using the winding guide, the protective hose is guided in a loop around the A3 axis and is preferably pre-tensioned in the winding direction. For this purpose, a return spring is provided in a preferred embodiment, which can be arranged, for example, on the guide element for guiding the protective hose in the circumferential direction of the robot axis of the robot arm articulated to it facing away from the robot hand. This design allows the length reserves of the protective hose required for satisfactory freedom of movement to be taken up by the winding guide by winding up the hose.

Nachstehend ist die Erfindung anhand einer bevorzugten Ausführung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigen:The invention is explained in more detail below using a preferred embodiment with reference to the drawings.

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht eines Roboterarms mit einer hieran angelenkten Roboterhand mit einer Wickelführung für einen Schutzschlauch im aufgewickelten Zustand;Fig. 1 is a perspective view of a robot arm with a robot hand articulated thereto with a winding guide for a protective hose in the wound state;

Fig. 2 den Roboterarm gemäß Fig. 1 mit dem Schutz -Fig. 2 the robot arm according to Fig. 1 with the protective -

schlauch in zumindest teilweise abgewickeltem Zustand;
10hose in at least partially unwound state;
10

Fig. 3 eine schematische Ansicht des Schutzschlauchs in Richtung Pfeil III der Fig. 1 undFig. 3 is a schematic view of the protective tube in the direction of arrow III of Fig. 1 and

Fig. 4 einen Schnitt IV-IV durch den Schutzschlauch gemäß Fig. 2.Fig. 4 shows a section IV-IV through the protective hose according to Fig. 2.

In Fig. 1 ist ein Roboterarm 1 eines mehrachsigen Industrieroboters, z.B. eines Palettierroboters dargestellt. Der Roboterarm 1 weist eine an einer endseitigen Schwenk achse A5 angelenkten Roboterhand 2 auf. Der Roboterarm 1 ist zum Beispiel an seiner der Roboterhand 2 abgewandten Schwenkachse A3 an einem weiteren Roboterarm (nicht gezeigt) angelenkt, der wiederum an seinem dem Roboterarm 1 abgewandten Ende um eine zweite (horizontale) Roboterachse verschwenkbar ist und auf einer ersten um eine (vertikale) Achse schwenkbaren Roboterbasis, wie einem Karussell, angeordnet ist (nicht dargestellt). Die Roboterhand 2 ist um eine Achse (A5) schwenkbar und weist einen um die A6-Achse drehbaren Werkzeugmontageflansch 3, für ein Roboterwerkzeug (nicht gezeigt) auf. Zur Stromversorgung des Werkzeugs ist ein außenseitig entlang des Roboterarms 1 geführter Schutzschlauch 5, wie ein Kabelführungsschlauch vorgesehen, welcher von einer im Bereich des Montageflanschs 3 der Roboterhand 2 angeordneten Wickelführung 4 zum Auf- und Abwickeln der in Abhängigkeit der jeweiligen Stellung desFig. 1 shows a robot arm 1 of a multi-axis industrial robot, e.g. a palletizing robot. The robot arm 1 has a robot hand 2 articulated on an end pivot axis A5. The robot arm 1 is articulated, for example, on its pivot axis A3 facing away from the robot hand 2 to another robot arm (not shown), which in turn can be pivoted about a second (horizontal) robot axis at its end facing away from the robot arm 1 and is arranged on a first robot base, such as a carousel, which can be pivoted about a (vertical) axis (not shown). The robot hand 2 can be pivoted about an axis (A5) and has a tool mounting flange 3 for a robot tool (not shown) which can be rotated about the A6 axis. To supply power to the tool, a protective hose 5 is provided, like a cable guide hose, which is guided along the outside of the robot arm 1 and is guided by a winding guide 4 arranged in the area of the mounting flange 3 of the robot hand 2 for winding and unwinding the cables which are adjusted depending on the respective position of the

Werkzeugs erforderlichen Länge des Schutzschlauchs 5 aufgenommen ist. Zur Führung des Schutzschlauchs 5 ist die Wickelführung 4 mit zwei im wesentlichen deckungsgleichen, mit Abstand angeordneten Tellern 6 ausgestattet, zwischen denen der Schlauch 5 aufgewickelt ist. Der Abstand der Teller 6 entspricht etwa der Stärke s des Schutzschlauchs 5. Die Längenreserve steckt z.B. in der Schlaufe mit Spannfedern 5a die über die gesamte Länge der Schaufelschlaufe angeordnet ist. Die Drehachse der Wickelführung 4 entspricht bei der gezeigten Ausführung der Drehachse A6 der Roboterhand 2.The length of the protective hose 5 required for the tool is accommodated. To guide the protective hose 5, the winding guide 4 is equipped with two essentially congruent, spaced-apart plates 6, between which the hose 5 is wound. The distance between the plates 6 corresponds approximately to the thickness s of the protective hose 5. The length reserve is, for example, in the loop with tension springs 5a, which is arranged over the entire length of the blade loop. In the version shown, the axis of rotation of the winding guide 4 corresponds to the axis of rotation A6 of the robot hand 2.

Der Roboterarm 1 weist endseitig jeweils eine koaxial bzw. parallel zu den Schwenkachsen A3, A5 angeordnete Führungsrolle 7, 8 auf, die den Schutzschlauch 5 im wesentlichen parallel zu dem Roboterarm 1 und diesem eng anliegend führen. Zur seitlichen Abstützung des Schutzschlauchs 5 auf den Führungsrollen 7, 8 sind diese mit einer etwa dem Querschnitt des Schutzschlauchs 5 entsprechenden, z.B. im wesentlichen halbkreisförmigen Umfangsnut ausgestattet. Der Schutzschlauch 5 ist um die der Roboterhand 2 abgewandte Schwenkachse A3 des Roboterarms 1 mittels eines nach Art eines Holzylinders ausgebildeten Führungselements 9 in einer Schlaufe 10 geführt, die für die Längenreserve des Schutzschlauchs 10 sorgt. Die Wickelführung sorgt für eine definierte Kabelführung bei Drehbewegung um die Achse A5. Ansonsten würde sich das Kabel unkontrolliert um den Arm 1 und die Hand 2 wickeln wodurch ein Verschleiß und die Gefahr der Beschädigung und ein erhöhter Platzbedarf gegeben wäre. Um den Schutzschlauch 5 stets eng anliegend entlang dem Roboterarm 1 zu führen, ist der Schutzschlauch 5, z.B. mittels an dem Führungselement 9 angeordneter Rückstellfedern (nicht dargestellt) in Abwickelrichtung 11 vorgespannt .The robot arm 1 has a guide roller 7, 8 at each end, which is arranged coaxially or parallel to the swivel axes A3, A5 and which guides the protective hose 5 essentially parallel to the robot arm 1 and in close contact with it. To support the protective hose 5 laterally on the guide rollers 7, 8, these are equipped with a circumferential groove that corresponds approximately to the cross-section of the protective hose 5, e.g. is essentially semicircular. The protective hose 5 is guided around the swivel axis A3 of the robot arm 1 facing away from the robot hand 2 by means of a guide element 9 designed in the manner of a hollow cylinder in a loop 10, which ensures the length reserve of the protective hose 10. The winding guide ensures defined cable guidance during rotation about the axis A5. Otherwise the cable would wind uncontrollably around the arm 1 and the hand 2, which would cause wear and the risk of damage and would require more space. In order to always guide the protective hose 5 tightly along the robot arm 1, the protective hose 5 is pre-tensioned in the unwinding direction 11, e.g. by means of return springs (not shown) arranged on the guide element 9.

In der in Fig. 1 dargestellten Stellung des Roboters ist der Schutzschlauch 5 im wesentlichen vollständig von der Wickelführung 4 abgewickelt; die mit Spiel um die A3-Achse geführte Schlaufe 10 stellt die Längenreserve des Schutzschlauchs 5 dar. Dreht sich der Handflansch in Aufwickel richtung 12, wird der Schlauch auf die Aufwickeleinrichtung gewickelt und die in der Schlaufe befindliche Längenreserve nachgezogen und aufgebracht. Fig. 2 zeigt den Zustand mit vollgewickelter Aufwickelvorrichtung und kleinstmöglicherIn the position of the robot shown in Fig. 1, the protective hose 5 is essentially completely unwound from the winding guide 4; the loop 10 guided with play around the A3 axis represents the length reserve of the protective hose 5. If the hand flange rotates in the winding direction 12, the hose is wound onto the winding device and the length reserve in the loop is pulled and applied. Fig. 2 shows the state with the winding device fully wound and the smallest possible

Schlaufe 10. Auf diese Weise wird eine uneingeschränkte Be-,--&Lgr; wegungsfreiheit des Roboters, insbesondere des Werkzeugs, bei ordnungsgemäßer Führung des Schutzschlauchs garantiert. Weiterhin wird der Schutzschlauch durch Auf- und Abwickeln auf bzw. von der Wickelführung so wenig wie möglich belastet, was in einer hohen Lebensdauer desselben resultiert. Loop 10. This guarantees unrestricted freedom of movement of the robot, especially the tool, when the protective hose is properly guided. Furthermore, the protective hose is subjected to as little stress as possible when it is wound onto and off the winding guide, which results in a long service life.

Fig. 3 ist eine schematische Draufsicht auf den zwischen den Tellern 6 der Wickelführung 4 (Fig. 1) aufgewickelten Schutzschlauch 5 entnehmbar, welcher in der gezeigten Ausführung als Kabelführungsschlauch für Versorgungskabel 14 dient. Fig. 4 ist ein Querschnitt durch den aufgewickelten &igr;'&Lgr; Schutzschlauch gemäß Fig. 3 zu entnehmen. 25Fig. 3 shows a schematic plan view of the protective hose 5 wound up between the plates 6 of the winding guide 4 (Fig. 1), which in the embodiment shown serves as a cable guide hose for supply cable 14. Fig. 4 shows a cross section through the wound up &igr;'&Lgr; protective hose according to Fig. 3. 25

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BezugszeichenlisteList of reference symbols

1 Roboterarm1 robot arm

2 Roboterhand2 Robot hand

3 Halteeinrichtung 4 Wickelführung3 Holding device 4 Winding guide

5 Schutzschlauch5 Protective hose

6 Teller6 plates

7 Führungsrolle7 Leadership role

^K·^ 8 Führungsrolle ^K ·^ 8 Leadership role

9 Führungselement9 Guide element

10 Schlaufe10 loop

11 Abwickelrichtung11 Unwinding direction

12 Aufwickelrichtung 14 Versorgungskabel12 Winding direction 14 Supply cable

d Abstand der Tellerd Distance between plates

s Stärke des Schutzschlauchss Thickness of the protective hose

Claims

1. Robot with at least one protective hose running at least partially on the outside, in particular a cable guide hose accommodating a supply cable of tools of the robot, characterized by a winding guide ( 4 ) arranged in the region of a tool mounting flange ( 3 ) for winding and unwinding the length of the protective hose ( 5 ) required depending on the positions of the tool.

2. Robot according to claim 1, characterized in that the winding guide ( 4 ) has two essentially congruent, spaced-apart plates ( 6 ) between which the protective hose ( 5 ) is wound.

3. Robot according to claim 2, characterized in that the distance (d) of the plates ( 6 ) approximately corresponds to the thickness (s) of the protective hose ( 5 ) or slightly exceeds it.

4. Robot according to one of claims 1 to 3, characterized in that the axis of rotation of the winding guide ( 4 ) is arranged parallel to the axis of rotation (A6) of a robot hand ( 2 ) having the mounting flange ( 3 ).

5. Robot according to one of claims 1 to 4, characterized in that the winding guide ( 4 ) is assigned guide rollers ( 7 , 8 ) which guide the protective hose ( 5 ) at least along a robot arm ( 1 ) articulated to the robot hand ( 2 ).

6. Robot according to claim 5, characterized in that two guide rollers ( 7 , 8 ) are provided which guide the protective hose ( 5 ) essentially parallel to the robot arm ( 1), one of which is mounted in the region of the robot axes (A3, A5) arranged at the end of the robot arm (1 ) .

7. Robot according to claim 5 or 6, characterized in that the guide rollers ( 7 , 8 ) are mounted substantially coaxially to the robot axes (A3, A5) arranged on the robot arm ( 1 ).

8. Robot according to one of claims 5 to 7, characterized in that the protective hose ( 5 ) is guided closely against the robot arm ( 1 ).

9. Robot according to one of claims 1 to 8, characterized in that the protective hose ( 5 ) is guided in a loop ( 10 ) around the robot axis (A3) of the robot arm ( 1 ) facing away from the robot hand ( 2 ).

10. Robot according to claim 9, characterized in that at least one guide element ( 9 ) is provided which guides the protective hose ( 5 ) in the circumferential direction of the robot hand ( 2 ) facing away from the robot axis (A3) of the robot arm ( 1 ).

11. Robot according to claim 10, characterized in that the guide element ( 9 ) is designed in the manner of a hollow cylinder receiving the protective hose ( 5 ).

12. Robot according to one of claims 1 to 11, characterized in that the protective hose ( 5 ) is pre-tensioned in the unwinding direction ( 12 ).

13. Robot according to claim 12, characterized in that the protective hose ( 5 ) is prestressed by means of a return spring.

14. Robot according to claim 13, characterized in that the return spring is arranged on the guide element ( 9 ).