DE4133605C2 - Flexibler Roboterarm - Google Patents

Description

In vermehrtem Maße werden heutzutage in Bereichen, bei denen es auf die exakte und schnelle Reproduktion von Bewegungsab­ läufen ankommt, Roboter eingesetzt. Vor allen in den Ferti­ gungsbereichen der Industrie, z. B. Autoindustrie, werden Roboter verwendet um Werkzeuge zu positionieren und zu be­ wegen, wie z. B. beim Lackieren und beim Schweißen. Durch Roboter wird sichergestellt, daß bei hohen Fertigungsstück­ zahlen eine bestimmte Qualität eingehalten werden kann.

In der Regel haben die verwendeten Roboter Arme, die aus mehreren Teilstücken bestehen, welche durch Gelenke mit­ einander verbunden sind. Diese Arme benötigen zur Durchführung der vorgesehenen Bewegungen einen entsprechend großen Bewe­ gungsspielraum und sind nicht dafür geeignet, in einer beengten und mit Hindernissen versehenen Umgebung eingesetzt zu werden.

Aus der Europäischen Patentanmeldung 00 17 016 B1 ist ein flexibler Roboterarm bekannt, bei dem linsenförmige Grund­ elemente übereinander zu einem Rüssel zusammengefügt werden. Dabei ist es besonders wichtig, daß benachbarte Grundelemente konvexe kurvenförmige Oberflächen besitzen, die aufeinander abrollen können. Diese linsenförmigen Grundelemente sind durch eine zentrale Bohrung miteinander verbunden und besitzen an ihren Rändern weiterhin Bohrungen, durch welche Seilzüge geführt werden können. Mit Hilfe dieser Seilzüge und ent­ sprechenden Zugvorrichtungen kann der dort dargestellte flexible Roboterarm in eine Bewegung versetzt werden. Dabei rollen die konvex gekrümmten Oberflächen der einzelnen Grundelemente unter Zugbelastung aufeinander ab. In jener Richtung, in der durch Zug ein Seil verkürzt wird, wird auch der Roboterrüssel gekrümmt. Weiterhin wird in dieser Offen­ legungsschrift gezeigt, daß mehrere solche flexible Robo­ terarme miteinander verbunden werden können. Für die Aus­ übung der Zugkräfte zwischen den einzelnen Grundelementen werden verschiedene Stellglieder, wie z. B. hydraulische oder magnetische offenbart.

In der US-Patentschrift 48 93 613 ist ein flexibler Roboter­ arm gezeigt, der aus hintereinander angeordneten hohlzylinder­ artigen Gliedern besteht, die durch Schnittebenen in Kammern unterteilt sind. Innerhalb dieser Kammern sind hydraulische oder pneumatische Stellelemente angeordnet, die unabhängig voneinander in Längsrichtung expandiert oder komprimiert werden können und dadurch auch die einzelne Kammer jedes Gliedes expandieren oder komprimieren. Dieser Roboterarm weist jedoch nur einen beschränkten Bewährungsspielraum auf. Insbesondere wenn man ihn mit einem geringen Radius an einer beliebigen Stelle des Armes abwinkeln will.

Aus der US-PS 4 976 191 ist ein flexibler Aktuator bekannt, welcher als Grundelement einen zylinderförmigen Hohlkörper einsetzt. Dieser Hohlkörper besteht aus einem flexiblen Material und er ist in Kammern unterteilt, welche durch die Verbindung der Symmetrieachse und der Außenwand des Hohl­ zylinders mit Dichtflächen entstehen. Der Querschnitt dieses Aktuators gleicht einem Rad, wobei von der Nabe aus die Trennwände nach außen zur Felge hin verlaufen. Die Verlän­ gerung einzelner Speichen in die Tiefe bildet eine Trennwand. Bei dem dort offenbarten Aktuator wird eine Bewegung dadurch erzielt, daß einzelne Kammern mit Druck beaufschlagt werden. Das flexible Material gibt dann nach und der Aktuator krümmt sich in die entsprechende andere Richtung. Durch die Kombi­ nation von Be- und Entlüftung von verschiedenen Kammern können beliebige Bewegungsrichtungen erzeugt werden. Weiterhin ist dort auch gezeigt, daß mehrere solche Grundelemente hinter­ einander angeordnet sein können.

Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht darin, eine weitere Vorrichtung anzugeben, mit der man unter beengten räumlichen Verhältnissen hantieren kann und die als Roboterarm Verwendung finden kann. Diese Aufgabe wird gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.

Vorteilhaft ist, daß sich nach dem vorliegenden Prinzip mit der Rüsselspitze beliebige Orte anfahren lassen, die sich im Bereich des Rüssels befinden. Der Hohlraum im Inneren des Rüssels ermöglicht die Zufuhr und Abfuhr von Stoffen direkt am Einsatzort oder das Anbringen von Stromverbindungskabeln.

Andere Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Anhand eines Ausführungsbeispiels, das eine hydraulische oder pneumatische Variante des Roboterrüssels zeigt und das in Figuren dargestellt ist, wird die Erfindung näher erläutert.

Fig. 1 zeigt ein Grundelement GR das entlang einer Symmetrie­ achse S in Segmente SG1 und SG2 unterteilt ist.

Das Grundelement ist hier ringförmig dargestellt, es ist aber auch denkbar, daß fladenförmige Grundelemente GR oder poly­ gonförmige Grundelemente GR Verwendung finden, die aus mehre­ ren Segmenten SG bestehen und auch asymmetrisch aufgeteilt sein können.

Fig. 2 zeigt einen Rüssel R, der aus Grundelementen GR be­ steht, die entlang einer Stapelachse A übereinander zusam­ mengefügt sind mit Steuerung ST und Energieversorgung EV. Die Steuerung ST in Verbindung mit der Energieversorgung EV stellt sicher, daß bestimmte Parameter, wie der Anstell­ winkel der Grundelemente zueinander, elektrische oder magne­ tische Feldstärken, sowie Drücke in den Grundelementsegmen­ ten SG vorgegeben und eingestellt werden können. In Fig. 2 sind die maßgeblichen Parameter in allen Grundelementsegmen­ ten SG gleich, so daß sich der Rüssel R im geraden Zustand befindet.

Fig. 3 zeigt den Rüssel R, der aus den Grundelementen GR mit Segmenten SG und der Steuerung ST, sowie der Energiever­ sorgung EV besteht, in gekrümmten Zustand. Der gekrümmte Zu­ stand wird dadurch erreicht, daß in den Segmenten SG der Grundelemente GR unabhängig voneinander verschiedene Stell­ parameter, wie z. B. Drücke, so eingestellt sind, daß ein Anstellwinkel der Grundelemente GR zueinander erreicht wird.

Eine Steuerlogik zusammen mit einem Steuerbus und der elektrischen Versorgung EV sorgt dafür, daß in jeder einzelnen Kammer separat ein definierter Zustand eingestellt werden kann. Dieser Sachverhalt ermöglicht es, daß zwei Ringe GR, die übereinanderliegen einen exakt vorherbestimmbaren Winkel definieren.

Aus Fig. 3 kann man auch leicht erkennen, daß durch das Auf­ einandersetzen der Grundelemente GR ein Rüssel R entstehen kann.

Claims (4)

1. Flexibler Roboterarm

• a) bei dem eine Mehrzahl Grundelemente (GR) entlang einer Achse (A) aufeinander zu einem Rüssel (R) zusammengefügt sind,
• b) bei dem das jeweilige Grundelement (GR) durch mindestens eine Schnittebene, in der die Rüsselachse (A) liegt, in Segmente (SG) unterteilt wird, die unabhängig voneinander in Längsrichtung des Rüssels (R) expandiert oder komprimiert werden können,
• c) bei dem diese Grundelemente (GR) in Längsrichtung des Rüssels (R) bezüglich der Achse (A) verdreht zueinander angeordnet sind, so daß durch getrenntes Expandieren und Komprimieren verschiedener Grundelementsegmente (SG) die Rüsselspitze zu beliebigen Orten in ihrer Reichweite manövriert werden kann,
• d) bei dem die Grundelemente (GR) ringförmig sind und entlang der Rüsselachse (A) hohl sind.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der Expansion bzw. Kompression auf piezoelektrische, hydraulische, oder pneumatische Art erfolgt.

3. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, bei der die Expansion bzw. Kompression der Grundelementsegmente (SG) unabhängig voneinander durch eine Steuerung (ST) voll oder nur teilweise erfolgt.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei der eine lokale Elektronik die vorgegebenen Parameter im Grundelementsegment (SG) regelt, wie Druck oder Spannung.