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Stand der Technik
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1. Technischer Bereich
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Die
vorliegende Erfindung betrifft einen Roboter mit einer Handhabungsvorrichtung
für ein
Versorgungselement mit einem Kabel und/oder einem Schlauch des Roboters.
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2. Beschreibung verwandter
Technik
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Wenn
ein Industrieroboter für
einen Betrieb verwendet wird, ist es im Allgemeinen erforderlich, den
Roboter mit einem Versorgungselement mit einem Kabel und/oder einem
Schlauch zum Übertragen
von Strom oder einem Signal an einen an dem Ende eines Gelenkelements
des Roboters angebrachten Endaktuator zu versehen. Wenn das Versorgungselement
um das Gelenkelement eines Roboterarms angeordnet ist, kann das
Versorgungselement den Arm oder die andere externe Ausstattung berühren und
kann abgenutzt oder beschädigt
werden. Um ein derartiges Problem zu vermeiden, wurden verschiedene
Ausgestaltungen vorgeschlagen.
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Zum
Beispiel offenbart die Patentveröffentlichung
Nr.
EP1060057 eine Ausgestaltung,
bei der eine flexible Führung,
die ein Kabel und einen Schlauch enthält, entlang eines Unterarms
eines Roboters vermittels einer Halteeinrichtung angeordnet ist,
die an dem Unterarm angeordnet ist und die Führung verschiebbar hält.
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Bei
der in der oben genannten Veröffentlichung
offenbarten Ausgestaltung ist es schwierig, die Halteeinrichtung
eng an den Unterarm anzupassen, da die Halteeinrichtung im Allgemeinen
in einer Mitte einer oberen Fläche
des Unterarms angeordnet ist. Daher besteht eine Lücke zwischen
der Führung
und dem Unterarm, was dazu führt,
dass eine Störbereich des
Unterarms vergrößert sein
kann. Wenn ein Winkel zwischen der Verschieberichtung der Führung bei der
Halteeinrichtung und der Längsrichtung
der Unterarmrichtung verhältnismäßig gering
ist, kann sich die um den Unterarm gewickelte Führung aufgrund des großen Verschiebewiderstands
nicht abwickeln, da die Richtung der Bewegung oder Kontraktion der Führung sich
von der Verschieberichtung der Führung
bei der Halteeinrichtung unterscheidet. Daher ist es bei der in
der oben genannten Veröffentlichung offenbarten
Ausgestaltung notwendig, ein Hilfselement wie eine Feder an dem
Teil der Führung
zum Ermöglichen
der Verschiebebewegung der Führung an
der Halteeinrichtung anzuordnen, um das Auftreten einer Überschusslänge oder
eines Durchhangs bei der Führung
zu verhindern.
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US 5,437,207 offenbart einen
multiaxialen Manipulator, bei dem die Versorgungsleitungen für ein Werkzeug,
das mit einem Roboter mit einer Schwinge, einem Ausleger und einer
Hand verbunden ist, in einem externen Führabschnitt geführt sind. Der
externe Führabschnitt
wird durch Leitungshalter gelagert, von denen einer auf einem federgespannten
Arm auf dem Unterarm angeordnet ist.
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WO-A-99 44 792 und
DE-A-101 58 741 offenbaren
weitere Roboter, die mit einem Federelement versehen sind, das auf
ein Versorgungselement wirkt, um einen durch die Drehung des Gelenkelements
erzeugten Durchhang hinter dem Unterarm des Roboters zu positionieren.
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Abriss der Erfindung
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Daher
besteht eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, einen Roboter
mit einer Handhabungsvorrichtung für ein Versorgungselement mit einer
einfachen Struktur bereitzustellen, durch die ein Störwirkungsbereich
der Führung
soweit wie möglich verringert
ist und eine nicht wünschenswerte Überschusslänge der
Führung
vermieden werden kann, ohne die oben erwähnte Feder oder Ähnliches
zu verwenden.
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Konkret
ist gemäß der vorliegenden
Erfindung ein Roboter mit einer Handhabungsvorrichtung zum Lagern
eines Versorgungselements entsprechend der Bewegung des Roboters
vorgesehen, wobei der Roboter umfasst: einen oberen Arm; einen bewegbar über ein
Gelenk mit dem oberen Arm verbundenen Unterarm; ein rotierbar an
dem Ende des Unterarms angebrachtes Gelenkelement; einen an dem
Gelenkelement angebrachten Endaktuator; und ein mit dem Endaktuator
verbundenes flexibles Versorgungselement, wobei die Handhabungsvorrichtung
umfasst: ein erstes Lagerelement zum Fixieren oder verwindungsfähigen Lagern
des Versorgungselements, das auf dem oberen Arm angebracht ist;
ein an dem Unterarm nahe dem Gelenk angebrachtes Halteelement zum
Halten des Versorgungselements derart, dass das Versorgungselement
sich relativ zu dem Halteelement verschieben kann und um Achsen entlang
und orthogonal zu der Verschieberichtung des Versorgungselements
rotieren kann; und ein zweites Lagerelement zum Fixieren oder verwindungsfähigen Lagern
des Versorgungselements, das an dem Gelenkelement derart angebracht
ist, dass es integral mit dem Gelenkelement rotiert; wobei die ersten
und zweiten Lager elemente und das Halteelement derart angeordnet
sind, dass ein durch die Rotation des Gelenkelements erzeugter Durchhang
des Versorgungselements zwischen dem ersten Lagerelement und dem
Halteelement angeordnet ist, ohne ein Hilfsmittel wie eine Feder
zum Ermöglichen
der Verschiebebewegung des Versorgungselements relativ zu dem Halteelement
zu verwenden.
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Vorzugsweise
ist das Halteelement nahe dem Gelenk angeordnet, so dass der Durchhang
des Versorgungselements um das Gelenk angeordnet ist.
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Die
Handhabungsvorrichtung kann ferner ein Mittel zum Verringern des
Verschiebewiderstands zwischen dem Unterarm und dem Versorgungselement
umfassen.
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Das
Mittel zum Verringern des Verschiebewiderstands kann ein an einer
an das Versorgungselement angrenzenden Stelle des Unterarms angeordneter
Vorsprung sein. Alternativ kann das Mittel zum Verringern des Verschiebewiderstands
ein an einer an den Unterarm angrenzenden Stelle des Versorgungselements
angeordneter Vorsprung sein. In beiden Fällen kann der Vorsprung ein
Ringelement sein.
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Kurzbeschreibung der Zeichnungen
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Die
oben genannten und weitere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden
Erfindung werden mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen aus der folgenden
Beschreibung ihrer bevorzugten Ausführungsformen deutlicher werden,
wobei gilt:
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1a und 1b sind
eine Draufsicht bzw. eine Seitenansicht von rechts einer Gesamtausgestaltung
mit einer Handhabungsvorrichtung der Erfindung, von denen jede einen
Bereich von einem oberen Arm bis zu einem Endaktuator eines Roboters anzeigt;
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2a bis 2c sind
eine Draufsicht, eine Seitenansicht von links bzw. eine Seitenansicht
von rechts der Ausgestaltung der 1a und 1b,
in denen ein Gelenkelement des Roboters rotiert; und
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3 ist
eine Ansicht ähnlich
der 1a, die eine weitere Ausführungsform eines Ringelements darstellt.
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Detaillierte Beschreibung
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Ausführungsformen
der Erfindung werden mit Bezug auf die Zeichnungen beschrieben.
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1a und 1b zeigen
eine Gesamtausgestaltung einer Handhabungsvorrichtung der Erfindung,
wobei jede einen Roboter von einem oberen Arm bis zu einem Endaktuator
zeigt. Ein Roboter 1 umfasst einen oberen Arm 10;
einen über
ein Gelenk 11 mit dem oberen Arm 10 bewegbar verbundenen Unterarm 12;
ein rotierbar an dem Ende des Unterarms 12 angebrachtes
Gelenkelement 14; und einen an dem Gelenkelement 14 angebrachten
Endaktuator 16. Vermittels eines Versorgungselements 18, das
aus einer flexiblen Führung
besteht, durch welche sich ein Kabel und ein Schlauch erstrecken,
werden Strom und ein Signal zu dem Endaktuator 16 geschickt.
Das Versorgungselement 18 ist entlang einer Basis (nicht
gezeigt) des Roboters 1, des oberen Arms 10, des
Unterarms 12 und des Gelenkelements 14 angeordnet
und mit dem Endaktuator 16 verbunden.
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Wie
in 1a und 1b gezeigt, ist ein erstes Lagerelement
oder ein Führungslagerelement 20 an
dem oberen Arm 10 angeordnet, und ein zweites Lagerelement
oder ein Führungslagerelement 22 ist
an dem Gelenkelement 14 angeordnet. Das Versorgungselement
oder die Führung 18 ist
durch das erste und zweite Lagerelement 20 und 22 fixiert
oder verwindungsfähig
gelagert. Ferner ist die Führung 18 durch
eine Halteeinrichtung 24 gehalten, die zwischen dem ersten
und zweiten Lagerelement 20 und 22 und insbesondere
nahe der Seite des Unterarms 12 und vorzugsweise nahe des
Gelenks 11 derart angeordnet ist, dass die Führung 18 sich
relativ zu dem Halteelement 24 verschieben kann und um
Achsen entlang und orthogonal zu der Verschieberichtung der Führung rotieren
kann. Das Halteelement 24 hat zum Beispiel eine Ringform
wie gezeigt. Vorzugsweise ist das Halteelement 24 an einer
Stelle an dem Unterarm 12 so nahe an dem Gelenk 11 wie
möglich angeordnet
(z. B. einem proximalen Ende des Unterarms 12). Aufgrund
dieser Ausgestaltung wird eine Lücke
zwischen der Führung 18 und
dem Unterarm 12 verringert, wodurch die Möglichkeit
einer Störwirkung
zwischen der Führung
und einer externen Ausstattung minimiert werden kann. In einem ersten
Zustand, wie in 1a und 1b gezeigt,
in dem die Führung 18 nicht
um den Unterarm 12 gewickelt ist, weist die Führung 18 zwischen
dem ersten Lagerelement 20 und dem Halteelement 24 (insbesondere nahe
des Gelenks 11) eine Überschusslänge oder
einen Durchhang der Führung
auf.
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2a bis 2c zeigen
einen zweiten Zustand, in welchem die Führung 18 durch die
Drehung des Gelenkelements 14 um den Unterarm 12 gewickelt
ist. Wenn das Gelenkelement 14 rotiert, wird das zweite
Lagerelement 22 durch die Rotation des Gelenkelements 14 ebenfalls
rotiert. Daher wird die Führung 18 in
Richtung auf den Endaktuator 16 gezogen und verschiebt
sich relativ zu dem Halteelement 24 in einem gewissen Maß. Ferner
ist die Führung 18 zwischen
dem ersten und zweiten Lagerelement 20 und 22 auf
den Unterarm 12 gewickelt. Daher ist die Führung 18 dem
Unterarm so nahe wie möglich,
und die Wahrscheinlichkeit einer Störwirkung zwischen der Führung und
der externen Ausstattung kann beträchtlich verringert werden.
Darüber
hinaus kann ein Vorsprung (z. B. ein Ringelement 26, wie
gezeigt) auf einer peripheren Oberfläche des Unterarms 12 angeordnet
sein, um die Bewegung der Führung
zu glätten.
Aufgrund des Vorsprungs kann eine Kontaktfläche zwischen der Führung 18 und
der peripheren Fläche
des Unterarms 12 Null oder verringert sein, wodurch eine
auf die auf den Unterarm 12 gewickelte Führung 18 wirkende
Reibungskraft oder ein Verschiebewiderstand beträchtlich verringert ist. Anstelle
des Ringelements 26 zum Verringern der Kontaktfläche kann
ein Vorsprung (z. B. ein Ringelement 26', ähnlich dem Ringelement 26) an
der Führung 18 angeordnet
sein, anstatt an dem Unterarm 12, wie in 3 gezeigt.
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Wenn
jedoch das Gelenkelement
14 von dem zweiten Zustand in
den ersten Zustand rotiert, wird die Führung
18 zwischen
den Führungslagerelementen
20 und
22 von
dem Unterarm
12 abgewickelt. Da die Vorrichtung der Patentveröffentlichung
Nr.
EP 1060057 kein
dem zweiten Lagerelement
22 der vorliegenden Erfindung
entsprechendes Element aufweist, kann die abgewickelte Führung von
dem Unterarm getrennt sein und nach unten hängen, so dass die Führung in
nicht wünschenswerter
Weise durchhängt.
Daher kann es bei der Vorrichtung der Veröffentlichung notwendig sein,
eine Feder oder ähnliches
vorzusehen, um den Durchhang zu absorbieren. Bei der vorliegenden
Erfindung kann andererseits in dem ersten Zustand die Längsrichtung
des Teils der Führung
18 mit überschüssiger Länge, der durch
die Verschiebebewegung der Führung
relativ zu dem Halteelement
24 in Richtung auf den Endaktuator
16 zu
erzeugt wird, fast gleich zu der Verschieberichtung der Führung an
dem Halteelement
24 gehalten werden, da der Durchhang der
Führung
oder die Beabstandung der Führung
von dem Unterarm durch das zweite Lagerelement
22 vermieden
ist. Daher kann die Führung
18 sich
bei dem Halteelement
24 glatt in Richtung auf den oberen
Arm
10 verschieben, wenn das Gelenkelement
14 derart
rotiert, dass die Führung
18 von
dem Unterarm
12 abgewickelt wird, ohne ein Hilfsmittel
wie eine Feder zu verwenden. Wie oben beschrieben, kann im zweiten
Zustand die Führung
18 vermittels
der nahe des Gelenks
11 angeordneten Halteeinrichtung
24 an
den unteren Arm
12 über
dessen gesamte Länge
angepasst sein, wodurch ein Störwirkungsbereich
der Führung
minimiert werden kann. Ferner kann vorteilhafterweise die Überschusslänge der
Führung
18 um das
Gelenk
11 erzeugt sein, wo eine Störwirkung nicht berücksichtigt
werden muss.
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Durch
eine geeignete Ausrichtung oder einen Winkel des Halteelements oder
des Rings 24 kann die Bewegung der Führung 18 glatter gemacht sein.
Der vorzuziehende Winkel des Halteelements 24 kann mit
der Dimensionierung und dem Material der Führung 18 und der Größe des Unterarms
variieren. In vielen Fällen
ist es vorzuziehen, dass ein Winkel zwischen der Längsrichtung
der Führung 18 an dem
Halteelement 24 und der Längsrichtung des Unterarms 12 innerhalb
eines Bereichs von 20–70° liegt.
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Es
hängt stark
von einem Abstand L zwischen dem zweiten Lagerelement 22 an
dem Gelenkelement 14 und dem Halteelement 24 (wie
in 1b gezeigt) ab, ob die Führung 18 sich glatt
relativ zu dem Halteelement 24 in Richtung auf den oberen Arm
zu verschieben kann (d. h., von dem zweiten Zustand zu dem ersten
Zustand). Daher ist dann, wenn die Länge des Unterarms 12 relativ
groß ist,
wie in 1a oder 1b gezeigt,
das zweite Lagerelement 22 vorzugsweise in Richtung auf
den Unterarm 12 um ein gewisses Maß vermittels einer an dem Gelenkelement 14 angebrachten
Klammer 28 verschoben, um den Abstand L entsprechend der
Dimensionierung und dem Material der Führung 18 geeignet zu
verkürzen.
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Erfindungsgemäß ist die
durch die Rotation des Gelenkelements erzeugte Überschusslänge oder der Durchhang des
Versorgungselements zwischen dem ersten Lagerelement und dem Halteelement
angeordnet. Daher wird um den Unterarm, wo eine Störwirkung
ein Problem erzeugen könnte,
keine Überschusslänge erzeugt.
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Obwohl
die Erfindung mit Bezug auf zum Zweck der Erläuterung ausgewählte bestimmte
Ausführungsformen
beschrieben worden ist, sollte es offensichtlich sein, dass an ihr
durch einen Fachmann zahlreiche Modifikationen vorgenommen werden könnten, ohne
von dem Rahmen der Erfindung wie in den beigefügten Ansprüchen definiert abzuweichen.