DE102016215744A1

DE102016215744A1 - Industrieroboter

Info

Publication number: DE102016215744A1
Application number: DE102016215744.2A
Authority: DE
Inventors: Hartmut Ilch
Original assignee: Individual
Current assignee: Autonox Robotics GmbH
Priority date: 2016-08-23
Filing date: 2016-08-23
Publication date: 2018-03-01

Abstract

Es wird ein Industrieroboter mit Parallelkinematik vorgeschlagen mit einer Roboterbasis (1, 21, 41), mit einem Trägerelement (2, 22, 42) zur Aufnahme eines Greifers, eines Werkzeugs oder eines Maschinenelements, mit mindestens zwei beweglichen Betätigungseinheiten (3, 23, 43), wobei jede Betätigungseinheit (3, 23, 43) eine an der Roboterbasis (1, 21, 41) angeordnete, ein Drehmoment um eine Antriebsachse (7, 27, 47) erzeugende Antriebseinheit (4, 24, 44), einen an eine Antriebswelle der Antriebseinheit (4, 24, 44) direkt oder indirekt drehfest gekoppelten Oberarm (5, 25, 45) und einen Unterarm (6, 26, 46), welcher mit einem ersten Ende um eine Arm-Drehachse (13, 33, 53) drehbar mit dem Oberarm (5, 25, 45) und mit einem zweiten Ende beweglich mit dem Trägerelement (2, 22, 42) verbunden ist, umfasst. Der Oberarm (5, 25, 45) mindestens einer Betätigungseinheit (3, 23, 43) verläuft abschnittsweise außerhalb einer Antriebsachsen-Vertikalebene (7a, 27a, 47a). Die Antriebsachsen-Vertikalebene (7a, 27a, 47a) ist eine zur Antriebsachse (7, 27, 47) senkrechte Ebene durch den Mittelpunkt (17, 37, 57) der Ausdehnung des Oberarms (5, 25, 45) entlang der Arm-Drehachse (13, 33, 53).

Description

Die Erfindung geht aus von einem Industrieroboter mit Parallelkinematik, welcher mit einer Roboterbasis, mit einem als Aufnahme für einen Greifer oder ein Werkzeug dienenden Trägerelement und mit mehreren Betätigungseinheiten zum Bewegen des Trägerelements ausgestattet ist.
Derartige Industrieroboter mit Parallelkinematik dienen zum Bewegen, Positionieren und/ oder Bearbeiten eines Gegenstands im Raum. Sie sind mit einer ortsfest angeordneten Roboterbasis und einem beweglichen Trägerelement zur Aufnahme eines Greifers, eines Werkzeugs oder eines sonstigen Maschinenelements ausgestattet. Das Trägerelement ist über mindestens zwei Betätigungseinheiten mit der Roboterbasis verbunden. Jede Betätigungseinheit wird über eine ihr zugeordnete und an der Roboterbasis angeordnete Antriebseinheit bewegt. Eine Bewegung der Betätigungseinheiten führt zu einer Bewegung des Trägerelements. An dem Trägerelement kann beispielsweise ein Greifer zum Aufnehmen eines Gegenstands oder ein Werkzeug zum Bearbeiten eines Gegenstands oder ein Maschinenelement, wie beispielsweise ein Lager oder ein Getriebe angeordnet sein. Das Trägerelement ist hierzu mit einer Aufnahme für einen Greifer, ein Werkzeug oder ein Maschinenelement ausgestattet. Durch die aufeinander abgestimmte Bewegung der angetriebenen Betätigungseinheiten kann der an dem Trägerelement angeordnete Greifer, das Werkzeug oder das Maschinenelement gezielt in mehreren Dimensionen im Raum bewegt werden. Die Betätigungseinheiten bewirken eine räumliche Parallelogrammführung des Trägerelements. Die daraus resultierende parallele Kinematik ermöglicht eine schnelle und präzise Bewegung des Trägerelements und des daran angeordneten Greifers, Werkzeugs oder Maschinenelements. Diese Bewegung ist eine translatorische Bewegung des Trägerelements. Ist der Industrieroboter mit drei Betätigungseinheiten ausgestattet, handelt es sich um eine translatorische Bewegung in drei Raumrichtungen. Die Bewegung hat drei Freiheitsgrade und kann in einem Koordinatensystem mit x-, y- und z-Achse beschrieben werden. Ist der Industrieroboter mit zwei Betätigungseinheiten ausgestattet, handelt es um eine translatorische Bewegung in zwei Raumrichtungen. In diesem Fall hat die Bewegung zwei Freiheitsgrade und kann in einem Koordinatensystem mit x- und z-Achse beschrieben werden.
Bei einer Bewegung des Trägerelements in Richtung der z-Achse verändert sich der Abstand zwischen der Roboterbasis und dem Trägerelement. Die x-Achse und die y-Achse sind zueinander senkrecht und zur z-Achse senkrecht ausgerichtet.
Jede Betätigungseinheit weist eine an der Roboterbasis angeordnete, ein Drehmoment um eine Antriebsachse erzeugende Antriebseinheit auf. Ferner ist jede Betätigungseinheit mit einem Oberarm ausgestattet, der an eine Antriebswelle der Antriebseinheit direkt oder indirekt drehfest gekoppelt ist. Darüber hinaus umfasst jede Betätigungseinheit einen Unterarm, welcher mit einem ersten Ende um eine Arm-Drehachse drehbar mit dem Oberarm und mit einem zweiten Ende beweglich mit dem Trägerelement verbunden ist. Die Antriebsachse und die Arm-Drehachse sind zueinander parallel und weisen einen Abstand auf.
Die maximale Strecke, die das Trägerelement in Richtung der z-Achse zurücklegen kann, wird als z-Hub bezeichnet. Der z-Hub hängt von dem Winkel ab, um den die Oberarme mit den ihnen zugeordneten Antriebeinheiten maximal gedreht werden können, und von der Länge der Oberarme. Da der maximale Drehwinkel der Oberarme durch die Unterarme begrenzt wird, kann eine signifikante Vergrößerung des z-Hubs nur durch eine Verlängerung der Oberarme erreicht werden. Bekannte Industrieroboter mit Parallelkinematik weisen jedoch den Nachteil auf, dass eine Verlängerung der Oberarme zu einer Vergrößerung des Bereichs in Richtung der x-Achse und/ oder der y-Achse führt, innerhalb dessen sich der Industrieroboter bewegt. Dies wiederum hat eine Vergrößerung des für den Industrieroboter benötigten Bauraums zur Folge. Ein Maschinenrahmen, an dem der Industrieroboter befestigt ist, muss in diesem Fall ebenfalls größer sein und beansprucht daher mehr Platz. Eine derartige Vergrößerung des durch den Industrieroboter insgesamt beanspruchten Raums ist jedoch häufig unmöglich, das der zur Verfügung stehende Raum in der Regel begrenzt ist.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Industrieroboter mit Parallelkinematik zur Verfügung zu stellen, der eine Vergrößerung des z-Hubs ermöglicht, ohne dass hierzu der benötigte Bauraum vergrößert werden muss.
Diese Aufgabe wird durch einen Industrieroboter mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Mindestens eine Betätigungseinheit des Industrieroboters ist mit einem Oberarm ausgestattet, der zumindest abschnittsweise außerhalb einer Antriebsachsen-Vertikalebe verläuft. Dabei ist die Antriebsachsen-Vertikalebene eine Ebene, welche zur Antriebsachse der zur Betätigungseinheit gehörenden Antriebseinheit senkrecht verläuft und in welcher der Mittelpunkt der Ausdehnung des Oberarms entlang der Arm-Drehachse liegt. Die Ausdehnung des Oberarms entlang der Arm-Drehachse entspricht der Breite des Oberarms an der Stelle, an der die Arm-Drehachse durch den Oberarm verläuft. Der Verlauf des Oberarms abschnittsweise außerhalb der Antriebsachsen-Vertikalebene bedeutet, dass bei der betreffenden Betätigungseinheit der Oberarm einen Abschnitt aufweist, der frei von einer Überschneidung mit einer Antriebsachsen-Vertikalebene ist. Bei bekannten Industrierobotern mit Parallelkinematik erstreckt sich die Antriebsachsen-Vertikalebene durch den gesamten Oberarm von der Antriebsachse bis zum Unterarm. Da bei dem erfindungsgemäßen Industrieroboter zumindest ein Oberarm abschnittsweise außerhalb dieser Antriebsachsen-Vertikalebene verläuft, kann der betreffende Oberarm länger sein als beim Stand der Technik, ohne dass sich dadurch der von der betreffenden Betätigungseinheit für die Bewegung benötigte Raum senkrecht zur z-Achse vergrößert. Durch den längeren Oberarm wird ein größerer z-Hub erreicht, ohne dass für den Industrieroboter ein größerer Maschinenrahmen benötigt wird.
Der Industrieroboter weist an der Roboterbasis ein kinematisches Zentrum auf. Durch die erfindungsgemäße Form zumindest eines Oberarms können die Antriebseinheit und das der Antriebseinheit zugewandte Ende des Oberarms relativ zum kinematischen Zentrum gegenüber der Position bei bekannten Industrierobotern mit Parallelkinematik versetzt sein. Dies führt dazu, dass bei dem erfindungsgemäßen Industrieroboter die Antriebsachse in Richtung des kinematischen Zentrums parallel verschoben ist. Der Abstand a zwischen der Antriebsachse und der Arm-Drehachse ist bevorzugt größer oder gleich dem Abstand der Arm-Drehachse zum kinematischen Zentrum oder einer sich durch das kinematischen Zentrum erstreckenden Achse. Dabei ist der Abstand a die kürzeste Verbindung zwischen einer ersten durch die Antriebsachse verlaufenden Geraden und einer zweiten durch die Arm-Drehachse verlaufenden Geraden. Die Antriebseinheit kann aufgrund der Form des Oberarms entlang der Antriebsachse nach innen in Richtung des kinematischen Zentrums oder nach außen in die entgegengesetzte Richtung versetzt angeordnet sein, so dass sich die Antriebseinheiten und die Oberarme der Betätigungseinheiten nicht gegenseitig behindern oder blockieren. Ferner kann das kinematische Zentrum des Industrieroboters frei von Antriebseinheiten und Oberarmen gehalten werden, so dass im Bereich des kinematischen Zentrums eine zusätzliche Antriebsachse zur Übertragung eines Drehmoments von einer zusätzlichen an der Roboterbasis befestigten Antriebseinheit auf ein an dem Trägerelement angeordnetes Werkzeug oder einen Greifer vorgesehen sein kann.
Die Form des Oberarms ist beliebig. Sie kann bespielsweise einen geradlinigen oder gekrümmten Verlauf aufweisen. Zumindest ein Abschnitt des Oberarms verläuft nicht parallel zu einer senkrecht zur Antriebsachse ausgerichteten Ebene, insbesondere zur Antriebsachsen-Vertikalebene.
Bei einem Industrieroboter können alle Betätigungseinheiten mit Oberarmen ausgestattet sein, die abschnittsweise außerhalb der zu der betreffenden Betätigungseinheit gehörenden Antriebsachsen-Vertikalebene verlaufen. Statt dessen kann auch nur eine der Betätigungseinheiten die betreffende Eigenschaft aufweisen.
Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist der Oberarm ein Antriebsverbindungselement auf, mit dem der Oberarm drehfest indirekt über ein Getriebe oder direkt an eine Antriebswelle der Antriebseinheit gekoppelt ist.
Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist bei mindestens einer Betätigungseinheit das Antriebsverbindungselement vollständig frei von einer Überschneidung mit der Antriebsachsen-Vertikalebene. Das Antriebsverbindungselement befindet sich vollständig außerhalb der Antriebsachsen-Vertikalebene.
Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist das Antriebsverbindungselement einen ersten Abschnitt mit einer ersten zentralen Achse auf, die mit der Antriebsachse zusammenfällt. Ferner weist das Antriebsverbindungselement einen zweiten Abschnitt mit einer zweiten zentralen Achse auf, die nicht parallel zu der Antriebsachse ist. Die zweite zentrale Achse schneidet die Antriebsachse in einem Schnittpunkt.
Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung befindet sich für mindestens eine Betätigungseinheit der Schnittpunkt außerhalb der Antriebsachsen-Vertikalebene.
Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist der Oberarm eine effektive Armlänge b auf, welche der kürzesten Verbindung zwischen dem Mittelpunkt der Ausdehnung des Oberarms entlang der Arm-Drehachse einerseits und dem Schnittpunkt der Antriebsachse mit der zweiten zentralen Achse des Antriebsverbindungselements andererseits entspricht. Bei mindestens einer Betätigungseinheit ist die effektive Armlänge b des Oberarms größer ist als der Abstand a zwischen der Antriebsachse und der Arm-Drehachse. Dabei entspricht der Abstand a der kürzesten Verbindung zwischen einer durch die Antriebsachse verlaufenden ersten Geraden und einer durch die Arm-Drehachse verlaufenden zweiten Geraden.
Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist an dem Übergang zwischen dem ersten Abschnitt und dem zweiten Abschnitt an der Innenseite eine konkave Ausrundung gebildet. Für mindestens eine Betätigungseinheit ist diese Ausrundung, die auch als Hohlkehle bezeichnet werden kann, außerhalb der Antriebsachsen-Vertikalebene angeordnet.
Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist das Antriebsverbindungselement als Eckverbinder ausgebildet.
Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist der Oberarm ein Unterarm-Verbindungselement auf, über welches der Unterarm um die Arm-Drehachse drehbar an den Oberarm gekoppelt ist.
Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist der Oberarm zwischen dem Antriebsverbindungselement und dem Unterarm-Verbindungselement einen länglichen Oberarmabschnitt auf. Dabei schließt eine Längsachse des länglichen Oberarmabschnitts mit der Antriebsachse einen von 90° verschiedenen Winkel ein.
Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung beträgt der Winkel, den der längliche Oberarmabschnitt mit der Antriebsachse einschließt, zwischen 45° und 80°. Besonders bevorzugt beträgt der Winkel zwischen 60° und 75°. Bei bekannten Industrierobotern ist ein länglicher Oberarmabschnitt unter einem Winkel von 90° gegen die Antriebsachse ausgerichtet oder verläuft zumindest in einer zur Antriebsachse senkrechten Ebene, insbesondere in der Antriebsachsen-Vertikalebene. Gegenüber dieser senkrechten Ausrichtung ist der längliche Oberarmabschnitt des erfindungsgemäßen Industrieroboters um 90° – α = β geneigt. Β beträgt somit in einer vorteilhaften Ausgestaltung zwischen 10° und 45°, besonders bevorzugt zwischen 15° und 30°.
Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist der Oberarm zwischen dem Antriebsverbindungselement und dem Unterarm-Verbindungselement einen gekrümmten Oberarmabschnitt mit gekrümmtem Verlauf auf. Der gekrümmte Oberarmabschnitt kann beispielsweise in Richtung der z-Achse oder in Richtung der x- oder y-Achse gewölbt sein.
Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist der Oberarm zwischen dem Antriebsverbindungselement und dem Unterarm-Verbindungselement einen S-fömigen oder Z-förmigen Oberarmabschnitt auf.
Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist der Oberarm als Hohlkörper ausgebildet. Er weist damit eine hohe Stabilität und ein geringes Gewicht auf.
Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist die Antriebseinheit ein Getriebe mit einem Abgangsflansch auf. Dabei ist der Oberarm drehfest mit dem Abgangsflansch verbunden. Die Befestigung des Oberarms an dem Abgangsflansch erfolgt bevorzugt über das Antriebsverbindungselement.
Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist der Industrieroboter drei Betätigungseinheiten auf. Dabei sind die drei Antriebseinheiten der Betätigungseinheiten derart an der Roboterbasis angeordnet, dass die zugehörigen drei Antriebsachsen ein Dreieck aufspannen. Bevorzugt verläuft bei allen drei Betätigungseinheiten der Oberarm abschnittsweise außerhalb der zugehörigen Antriebsachsen-Vertikalebene.
Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung grenzen die Antriebseinheiten an der Roboterbasis einen Bereich ein, an dem eine zusätzliche zur Rotation angetriebene Achse von der Roboterbasis zum Trägerelement geführt ist.
Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist der Industrieroboter drei Betätigungseinheiten auf, welche mit ihren drei Antriebseinheiten derart an der Roboterbasis angeordnet sind, dass sich die durch die zugehörigen drei Antriebsachsen verlaufenden Geraden in einem Punkt schneiden. Bei allen drei Betätigungseinheiten verlaufen die Oberarme abschnittsweise außerhalb der zugehörigen Antriebsachsen-Vertikalebene.
Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist der Industrieroboter zwei Betätigungseinheiten auf, die mit ihren Antriebsachsen parallel zueinander angeordnet sind. Bei beiden Betätigungseinheiten verläuft der Oberarm abschnittsweise außerhalb der Antriebsachsen-Vertikalebene.
Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind der nachfolgenden Beschreibung, der Zeichnung und den Ansprüche entnehmbar.
Zeichnung
In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt und im folgenden näher beschrieben. Es zeigen:
1 erstes Ausführungsbeispiel eines Industrieroboters mit Parallelkinematik in perspektivischer Ansicht,
2 Industrieroboter gemäß 1 in einer perspektivischen Ansicht von oben,
3 Industrieroboter gemäß 1 in einer Ansicht von unten,
4 Industrieroboter gemäß 1 in einer Ansicht von oben,
5 Antriebseinheit und Oberarm eines Betätigungseinheit des Industrieroboters gemäß 1,
6 Oberarm gemäß 5 in perspektivischer Ansicht,
7 Oberarm gemäß 5 in einer Ansicht von oben,
8 zweites Ausführungsbeispiel eines Industrieroboters mit Parallelkinematik in perspektivischer Ansicht,
9 Industrieroboter gemäß 8 in einer Ansicht von unten,
10 Industrieroboter gemäß 8 in einer Ansicht von oben,
11 drittes Ausführungsbeispiel eines Industrieroboters mit Parallelkinematik in perspektivischer Ansicht,
12 Industrieroboter gemäß 11 in einer Ansicht von unten,
13 Industrieroboter gemäß 11 in einer Ansicht von oben.
Beschreibung der Ausführungsbeispiele
In den 1 bis 7 ist ein erstes Ausführungsbeispiel eines Industrieroboters mit Parallelkinematik nach dem Delta-Prinzip mit einer Roboterbasis 1, einem Trägerelement 2, an welchem ein Greifer, ein Werkzeug oder ein Maschinenelement angeordnet werden kann, und drei als Steuerarme ausgebildete Betätigungseinheiten 3 dargestellt. Ein Greifer, ein Werkzeug oder ein Maschinenelement sind in der Zeichnung nicht gezeigt. Jeder der drei Betätigungseinheiten 3 weist eine Antriebseinheit 4, einen Oberarm 5 und einen Unterarm 6 auf. Alle drei Betätigungseinheiten 3 sind gleich aufgebaut. Im folgenden ist eine Betätigungseinheit stellvertretend für alle drei Betätigungseinheiten erläutert. Die Antriebseinheit 4 ist an der Roboterbasis 1 ortsfest angeordnet. Sie erzeugt ein Drehmoment um eine Antriebachse 7. Die Antriebseinheit 4 ist mit einem Getriebe 8 ausgestattet, zu dem ein Abgangsflansch 9 gehört. Der Oberarm 5 weist an seinem der Antriebseinheit 4 zugewandten Ende ein Antriebsverbindungselement 10 und an seinem dem Unterarm 6 zugewandten Ende ein Unterarm-Verbindungselement 11 auf. Zwischen dem Antriebsverbindungselement 10 und dem Unterarm-Verbindungselement 11 ist der Oberarm 5 mit einem länglichen Oberarmabschnitt 12 mit geradlinigem Verlauf ausgestattet. Der längliche Oberarmabschnitt 12 weist eine Längsachse 18 auf. Das Antriebsverbindungselement 10 ist als Eckverbinder ausgebildet. An der der Antriebseinheit 4 zugewandten Seite ist das Antriebsverbindungselement 10 mit dem Abgangsflansch 9 drehfest verbunden. Das Unterarm-Verbindungselement 11 weist eine Durchgangsöffnung 11a auf. Über das Unterarm-Verbindungselement 11 wird der Unterarm 6 an seinem dem Oberarm zugewandten Ende drehbar um eine Arm-Drehachse 13 an dem Oberarm 5 angeordnet. Der Unterarm 6 weist zwei parallel verlaufende Stangen 14 und 15 auf. Die beiden Stangen 14 und 15 des Unterarms 6 sind an ihrem dem Oberarm 5 abgewandten Ende drehbar mit dem Trägerelement 2 verbunden.
Eine Wirklinie der Kraft, die von der Antriebseinheit 4 über den Oberarm 5 auf den Unterarm 6 übertragen wird, verläuft ausgehend von der Antriebseinheit 4 zunächst entlang der Antriebsachse 7, erstreckt sich dann durch den Oberarm 5 und geht von dort in den Unterarm 6 und schließlich in das Trägerelement 2 über.
In 3 sind die Antriebsachse 7 und die Arm-Drehachse 13 der Betätigungseinheit 3 anhand einer ersten und einer zweiten Geraden dargestellt. Die Antriebsachse 7 und die Arm-Drehachse 13 sind parallel. Der Abstand a entspricht der kürzesten Verbindung zwischen den beiden Geraden, welche die Antriebsachse 7 und die Arm-Drehachse 13 symbolisieren. Eine Antriebsachsen-Vertikalebene 7a verläuft senkrecht zur Antriebsachse 7 und erstreckt sich durch einen Mittelpunkt 17 der Ausdehnung des Oberarms 5 entlang der Arm-Drehachse 13. Die Arm-Drehachse 13 erstreckt sich durch das Unterarm-Verbindungselement 11. Der Oberarm 5 wird von dieser Antriebsachsen-Vertikalebene 7a an dem Unterarm-Verbindungselement 11 geschnitten. Das Unterarm-Verbindungselement 11 befindet somit in der Antriebsachsen-Vertikalebene 7a. Abgesehen von dem Unterarm-Verbindungselement 11 und dem dem Unterarm-Verbindungselement 11 zugewandten Ende des länglichen Oberarmabschnitts 12 wird der Oberarm nicht von der Antriebsachsen-Vertikalebene 7a geschnitten. Der übrige Oberarm 5 befindet sich außerhalb der Antriebsachsen-Vertikalebene 7a. Insbesondere ist das Antriebsverbindungselement 10 außerhalb der Antriebsachsen-Vertikalebene 7a angeordnet.
Die effektive Armlänge b des Oberarms entspricht der kürzesten Verbindung zwischen dem Schnittpunkt 16 und dem Mittelpunkt 17 der Ausdehnung des Oberarms 5 entlang der Arm-Drehachse 13. Die Arm-Drehachse 13 erstreckt sich durch das Unterarm-Verbindungselement 11. Die effektive Armlänge b ist in 3 zur besseren Veranschaulichung symbolisch neben dem Industrieroboter eingezeichnet. Die Darstellung verdeutlicht, dass die effektive Armlänge b des Oberarms 6 größer ist als der Abstand a zwischen der Antriebsachse 7 und der Arm-Drehachse 13. Aufgrund der Ausdehnung des Antriebsverbindungselements 10 senkrecht zur Antriebsachse verlaufen die Längsachse 18 und die effektive Armlänge b nicht parallel zueinander.
In 3 ist ferner der Winkel α zwischen der Antriebsachse 7 und einer Längsachse 18 des länglichen Oberarmabschnitts 12 eingezeichnet. Da die Antriebsachse 7 und die Arm-Drehachse 13 parallel zueinander sind, entspricht der Winkel α dem Winkel zwischen der Arm-Drehachse 13 und der Längsachse 18 des länglichen Oberarmabschnitts 12.
Die Antriebseinheiten 4 der drei Betätigungseinheiten 3 sind an der Roboterbasis 1 in einem Dreieck angeordnet. Die Antriebsachsen 7 der Antriebseinheiten 4 spannen ein Dreieck auf. In dem durch die Antriebseinheiten 4 gebildeten Dreieck ist an der Roboterbasis 1 genügend Platz, um eine in den 1 und 2 erkennbare zusätzliche Antriebsachse 19 anzuordnen, über die ein Drehmoment von einem an der Roboterbasis angeordneten, nicht dargestellten vierten Antrieb auf ein an dem Trägerelement angeordnetes Werkzeug oder einen Greifer übertragen wird.
Die 6 und 7 zeigen den Oberarm 5 in verschiedenen Ansichten. Aus ihnen wird deutlich, dass der längliche Oberarmabschnitt 12 gegenüber dem Antriebsverbindungselement 10 abgewinkelt oder gekröpft ist. Bei bekannten Industrierobotern mit Parallelkinematik verläuft ein länglicher Oberarmabschnitt im wesentlichen senkrecht zu einer Antriebsachse einer zugehörigen Antriebseinheit oder zumindest in einer zur Antriebsachse senkrechten Ebene. Insbesondere verläuft bei bekannten Industrierobotern mit Parallelkinematik der Oberarm in einer Antriebsachsen-Vertikalebene.
In 7 ist der Oberarm 5 in einer Ansicht von oben dargestellt. In der Zeichnung sind die Antriebsachse 7, die Arm-Drehachse 13, die Antriebsachen-Vertikalebene 7a sowie die Längsachse 18 des länglichen Oberarmabschnitts 12 dargestellt. Das Antriebsverbindungselement 10 weist einen ersten Abschnitt 10a auf, dessen ersten zentrale Achse mit der Antriebsachse 7 zusammenfällt. Ferner weist das Antriebsverbindungselement 10 einen zweiten Abschnitt 10b auf, dessen zweite zentrale Achse 10d zur Antriebsachse 7 senkrecht ist. Die zweite zentrale Achse 10d schneidet die Antriebsachse 7 in einem Schnittpunkt 16. An der Innenseite des Übergangs zwischen dem ersten Abschnitt 10a und dem zweiten Abschnitt 10b des Antriebsverbindungselements ist eine konkave Ausrundung oder Hohlkehle 10c gebildet. Die Darstellung verdeutlicht, dass das Antriebsverbindungselement 10 zusammen mit dem Schnittpunkt 16 und der konkaven Ausrundung 10c außerhalb der Antriebsachsen-Vertikalebene 7a angeordnet sind.
Die Funktionsweise des dargestellten Industrieroboters entspricht derjenigen bekannter Industrieroboter. Über eine in der Zeichnung nicht dargestellte Steuerung werden die Antriebseinheiten 4 der drei Betätigungseinheiten 3 angesteuert. Dadurch wird ein Drehmoment auf die Oberarme 5 der Antriebseinheiten 4 übertragen. Bei einer Drehung eines Oberarms 5 um die zugehörige Antriebsachse 7 um einen durch die Steuerung vorgegebenen Winkel folgt der zugehörige Unterarm 6 der Bewegung des Oberarms und überträgt diese auf das Trägerelement 2. Dadurch kann das Trägerelement 2 im Raum gezielt bewegt werden.
In den 8 bis 10 ist ein zweites Ausführungsbeispiel eines Industrieroboters 20 mit Parallelkinematik dargestellt. Der Industrieroboter weist wie das erste Ausführungsbeispiel eine Roboterbasis 21, ein Trägerlement 22, drei Betätigungseinheiten 23 mit je einer Antriebseinheit 24 mit Antriebsachse 27, einem Oberarm 25 und einem Unterarm 26 auf. Die Oberarme 25 sind mit einem Antriebsverbindungselement 30, einem Unterarm-Verbindungselement 31 und einem länglichen Oberarmabschnitt 32 ausgestattet. Im Unterschied zu dem ersten Ausführungsbeispiel ist der Winkel zwischen der Antriebsachse 27 und einer Längsachse 38 des länglichen Oberarmabschnitts 32 größer. Darüber hinaus sind bei dem zweiten Ausführungsbeispiel die Antriebseinheiten 24 derart an der Roboterbasis 21 angeordnet, dass sie nach außen abstehen. Die Antriebsachsen 27 der drei Antriebseinheiten 24 schneiden sich in einem gemeinsamen Punkt 39, der in 10 dargestellt ist. Auch bei diesem Ausführungsbeispiel ist in der Mitte der Roboterbasis 21 genügend Platz, um eine zusätzliche, in den 8 bis 10 nicht dargestellte Antriebsachse anzuordnen. Der Oberarm 25 verläuft mit Ausnahme des Unterarm-Verbindungselements 31 und einem dem Unterarm-Verbindungselement 31 zugewandten Ende außerhalb der Antriebachsen-Vertikalebene 27a, welche senkrecht zu der Antriebsachse 27 ist, und auf welcher der Mittelpunkt 37 der Ausdehnung des Oberarms 27 entlang der Arm-Drehachse 33 liegt. Die effektive Armlänge b des Oberarms 25 und der Abstand a zwischen der zugehörigen Antriebsachse 27 und der Arm-Drehachse 33 ist in 9 dargestellt. Der Mittelpunkt 37 der Ausdehnung des Oberarms 25 entlang der Arm-Drechachse 33 ist in 9 markiert. Der Schnittpunkt der Abtriebsachse 27 und einer zentralen Achse eines zweiten Abschnitts des Antriebsverbindungselements 30 ist jedoch in 9 durch das Trägerelement 22 verdeckt. Alle drei Betätigungseinheiten 23 sind identisch aufgebaut. Im übrigen stimmt das zweite Ausführungsbeispiel qualitativ mit dem ersten Ausführungsbeispiel überein.
In den 11 bis 13 ist ein drittes Ausführungsbeispiel dargestellt. Der Industrieroboter 40 weist wie das erste und zweite Ausführungsbeispiel eine Roboterbasis 41, ein Trägerlement 42, Betätigungseinheiten 43 mit je einer Antriebseinheit 44 mit Antriebsachse 47, einem Oberarm 45 und einem Unterarm 46 auf. Die Oberarme 45 sind mit einem Antriebsverbindungselement 50, einem Unterarm-Verbindungselement 51 und einem länglichen Oberarmabschnitt 52 ausgestattet. Im Unterschied zu den ersten beiden Ausführungsbeispielen sind nur zwei Betätigungseinheiten 43 vorgesehen. Die Antriebseinheiten 44 sind derart an der Roboterbasis 41 angeordnet, dass die Antriebsachsen 47 der beiden Antriebseinheiten 44 parallel zueinander sind. In dem Zwischenraum zwischen den beiden Antriebseinheiten 44 ist an der Roboterbasis 41 Platz für eine in der Zeichnung nicht dargestellte zusätzliche Antriebsachse. In 12 ist die Antriebsachsen-Vertikalebene 47a dagestellt, welche senkrecht zu der Antriebsachse 47 ist und durch den Mittelpunkt 57 der Ausdehnung des Oberarms 45 entlang der Arm-Drehachse 53 verläuft. Die effektive Armlänge b des Oberarms 45 als kürzeste Verbindung zwischen dem Schnittpunkt 56 einer zentralen Achse eines zweiten Abschnitts des Antriebsverbindungselements 50 mit der Antriebsachse 47 und dem Mittelpunkt der Ausdehnung des Oberarms 45 entlang der Arm-Drehachse 53 ist in 12 dargestellt. Zur besseren Übersichtlichkeit ist die effektive Armlänge b neben dem Industrieroboter dargestellt. Ferner ist in 12 der Abstand a zwischen der zugehörigen Antriesachse 47 und der Arm-Drehachse 53 dargestellt. Beide Betätigungseinheiten 43 sind identisch aufgebaut. Da der Industrieroboter 40 gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel nur zwei Betätigungseinheiten aufweist, kann das Trägerelement nur in zwei Dimensionen bewegt werden, und zwar in einer Ebene, die senkrecht zu den beiden Antriebsachsen 47 verläuft.
Sämtliche Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination miteinander erfindungswesentlich sein.
Bezugszeichenliste

1: Roboterbasis
2: Trägerelement
3: Betätigungseinheit
4: Antriebseinheit
5: Oberarm
6: Unterarm
7: Antriebsachse
7a: Antriebsachsen-Vertikalebene
8: Getriebe
9: Abgangsflansch
10: Antriebsverbindungselement
10a: erster Abschnitt des Antriebsverbindungselements
10b: zweiter Abschnitt des Antriebsverbindungselements
10c: konkave Ausrundung
10d: zweite zentrale Achse
11: Unterarm-Verbindungselement
11a: Durchgangsöffnung
12: länglicher Oberarmabschnitt
13: Arm-Drehachse
14: Stange
15: Stange
16: Angriffspunkt
17: Mittelpunkt der Ausdehnung des Oberarms entlang der Arm- Drehachse
18: Längsachse
19: zusätzliche Antriebsachse
20: Industrieroboter
21: Roboterbasis
22: Trägerelement
23: Betätigungseinheit
24: Antriebseinheit
25: Oberarm
26: Unterarm
27: Antriebachse
27a: Antriebsachsen-Vertikalebene
28
29
30: Antriebsverbindungselement
31: Unterarm-Verbindungselement
32: länglicher Oberarmabschnitt
33: Arm-Drehachse
34
35
36
37: Mittelpunkt der Ausdehnung des Oberarms entlang der Arm- Drehachse
38: Längsachse
39: Schnittpunkt der Antriebsachsen
40: Industrieroboter
41: Roboterbasis
42: Trägerelement
43: Betätigungseinheit
44: Antriebseinheit
45: Oberarm
46: Unterarm
47: Antriebsachse
47a: Antriebsachsen-Vertikalebene
48
49
50: Antriebsverbindungselement
51: Unterarm-Verbindungselement
52: länglicher Oberarmabschnitt
53: Arm-Drehachse
54
55
56: Angriffspunkt
57: Mittelpunkt der Ausdehnung des Oberarms entlang der Arm- Drehachse

Claims

Industrieroboter mit Parallelkinematik mit einer Roboterbasis (1, 21, 41), mit einem Trägerelement (2, 22, 42) zur Aufnahme eines Greifers, eines Werkzeugs oder eines Maschinenelements, mit mindestens zwei beweglichen Betätigungseinheiten (3, 23, 43), wobei jede Betätigungseinheit (3, 23, 43) eine an der Roboterbasis (1, 21, 41) angeordnete, ein Drehmoment um eine Antriebsachse (7, 27, 47) erzeugende Antriebseinheit (4, 24, 44), einen an eine Antriebswelle der Antriebseinheit (4, 24, 44) direkt oder indirekt drehfest gekoppelten Oberarm (5, 25, 45) und einen Unterarm (6, 26, 46), welcher mit einem ersten Ende um eine Arm-Drehachse (13, 33, 53) drehbar mit dem Oberarm (5, 25, 45) und mit einem zweiten Ende beweglich mit dem Trägerelement (2, 22, 42) verbunden ist, umfasst, wobei die Antriebsachse (7, 27, 47) und die Arm-Drehachse (13, 33, 53) parallel zueinander sind, wobei der Oberarm (5, 25, 45) mindestens einer Betätigungseinheit (3, 23, 43) zumindest abschnittsweise außerhalb einer Antriebsachsen-Vertikalebene (7a, 27a, 47a) verläuft, wobei die Antriebsachsen-Vertikalebene (7a, 27a, 47a) eine zur Antriebsachse (7, 27, 47) senkrechte Ebene durch den Mittelpunkt (17, 37, 57) der Ausdehnung des Oberarms (5, 25, 45) entlang der Arm-Drehachse (13, 33, 53) ist.
Industrieroboter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Oberarm (5, 25, 45) ein Antriebsverbindungselement (10, 30, 50) aufweist, mit dem der Oberarm (5, 25, 45) drehfest indirekt über ein Getriebe (8) oder direkt an die Antriebswelle der Antriebseinheit (4, 24, 44) gekoppelt ist.
Industrieroboter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass für mindestens eine Betätigungseinheit das Antriebsverbindungselement (10, 30, 50) vollständig frei von einer Überschneidung mit der Antriebsachsen-Vertikalebene (7a, 27a, 47a) ist.
Industrieroboter nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Antriebsverbindungselement (10, 30, 50) einen ersten Abschnitt (10a) mit einer ersten zentralen Achse aufweist, die mit der Antriebsachse (7, 27, 47) zusammenfällt, und dass das Antriebsverbindungselement (10, 30, 50) einen zweiten Abschnitt (10b) mit einer zweiten zentralen Achse (10d) aufweist, dass die zweite zentrale Achse (10d) die Antriebsachse (7, 27, 47) in einem Schnittpunkt (16) schneidet.
Industrieroboter nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass für mindestens eine Betätigungseinheit der Schnittpunkt (16) außerhalb der Antriebsachsen-Vertikalebene (7, 27, 47) ist.
Industrieroboter nach Anspruche 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Oberarm (5, 25, 45) eine effektive Armlänge b aufweist, welche der kürzesten Verbindung zwischen dem Mittelpunkt (17, 37, 57) der Ausdehnung des Oberarms (5, 25, 45) entlang der Arm-Drehachse (13, 33, 53) einerseits und dem Schnittpunkt (16) der Antriebsachse (7, 27, 47) mit der zweiten zentralen Achse des Antriebsverbindungselements (10, 30, 50) andererseits entspricht, und dass bei mindestens einer Betätigungseinheit (3, 23, 43) die effektive Armlänge b des Oberarms (5, 25, 45) größer ist als der Abstand a zwischen der Antriebsachse (7, 27, 47) und der Arm-Drehachse (13, 33, 53).
Industrieroboter nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Übergang zwischen dem ersten Abschnitt (10a) und dem zweiten Abschnitt (10b) an der Innenseite eine konkave Ausrundung (10c) gebildet ist, und dass für mindestens eine Betätigungseinheit (3, 23, 43) die Ausrundung (10c) außerhalb der Antriebsachsen-Vertikalebene (7a, 27a, 47a) angeordnet ist.
Industrieroboter nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Antriebsverbindungselement (10, 30, 50) als Eckverbinder ausgebildet ist.
Industrieroboter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Oberarm (5, 25, 45) ein Unterarm-Verbindungselement (11, 31, 51) aufweist, über welches der Unterarm (6, 26, 46) um die Arm-Drehachse (13, 33, 53) drehbar an den Oberarm (5, 25, 45) gekoppelt ist.
Industrieroboter nach einem der Ansprüche 2 bis 8 und nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Oberarm (5, 25, 45) zwischen dem Antriebsverbindungselement (10, 30, 50) und dem Unterarm-Verbindungselement (11, 31, 51) einen länglichen Oberarmabschnitt (12, 32, 52) aufweist, und dass eine Längsachse (18, 38) des länglichen Oberarmabschnitts (12, 32, 52) mit der Antriebsachse (7, 27, 47) einen von 90° verschiedenen Winkel einschließt.
Industrieroboter nach einem der Ansprüche 2 bis 8 und nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Oberarm (5, 25, 45) zwischen dem Antriebsverbindungselement (10, 30, 50) und dem Unterarm-Verbindungselement (11, 31, 51) einen gekrümmten Oberarmabschnitt mit gekrümmtem Verlauf aufweist.
Industrieroboter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Oberarm (5, 25, 45) als Hohlkörper ausgebildet ist.
Industrieroboter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebseinheit (4, 24, 44) ein Getriebe (8) mit einem Abgangsflansch (9) aufweist, und dass der Oberarm (5, 25, 45) drehfest mit dem Abgangsflansch (9) verbunden ist.
Industrieroboter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass er drei Betätigungseinheiten (3) aufweist, und dass die drei Antriebseinheiten (4) der Betätigungseinheiten (3) derart an der Roboterbasis (1) angeordnet sind, dass die zugehörigen drei Antriebsachsen (7) ein Dreieck aufspannen.
Industrieroboter nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebseinheiten (4) an der Roboterbasis (1) einen Bereich eingrenzen, an dem eine zur Rotation angetriebene Achse (19) von der Roboterbasis (1) zum Trägerelement (2) geführt ist.
Industrieroboter nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass er drei Betätigungseinheiten (23) aufweist, und dass die drei Antriebseinheiten (24) der Betätigungseinheiten (23) derart an der Roboterbasis (21) angeordnet sind, dass sich die durch die zugehörigen drei Antriebsachsen (27) verlaufenden Geraden in einem Punkt (39) schneiden.