WO2017133971A1

WO2017133971A1 - Auslenkelement

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Publication number: WO2017133971A1
Application number: PCT/EP2017/051737
Authority: WO
Inventors: Dieter Mankau
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2016-02-02
Filing date: 2017-01-27
Publication date: 2017-08-10
Anticipated expiration: 2018-08-02
Also published as: DE102016101812A1; US20190077029A1; CN109562521B; DE102016101812B4; CN109562521A; US11000958B2

Abstract

Ein Auslenkelement (10) für Roboterarme besitzt zwei Armstreben, die an einer Gelenkvorrichtung schwenkbar gelagert sind. Um ein universell einsetzbares Auslenkelement zu schaffen, wird vorgeschlagen, dass die beiden Armstreben (12) jeweils über ein Armgelenk (18) an einer Tragstruktur (20) der Gelenkvorrichtung gelagert sind und die beiden Armstreben (12) mit einem zur Tragstruktur 20) beweglichen Verbindungselement (22) zwischen den beiden Armgelenken (18) gekoppelt sind, wobei zwischen der Tragstruktur(20) und dem Verbindungselement (22) wenigstens ein Stellelement (50; 51) angeordnet ist, das das Verbindungselement (22) bewegt und damit die Armstreben (12) zwischen ihren Endstellungen verschwenkt.

Description

Auslenkelement

Die Erfindung betrifft gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 ein Auslenkelement, insbeson- dere für Roboterarme, das zwei Armstreben aufweist, die an einer Gelenkvorrichtung schwenkbar gelagert sind.

Für eine optimale Beweglichkeit ist es bei Roboterarmen oft erforderlich, diese mit Gelenken auszubilden, die Knickstellen bilden, wobei Antriebe in Verbindung mit geeigneter Mess- und Regeltechnik dafür sorgen, dass ein bestimmter Knickwinkel exakt angefahren werden kann. Roboterarme können für sehr unterschiedliche Anwendungen eingesetzt werden, wobei sie sehr unterschiedliche Lasten bewältigen und teilweise sehr präzise gesteuert werden müssen, um z.B. in der Fertigung bei der Herstellung qualitativ hochwertiger Produkte eingesetzt werden zu können. Üblich sind verschiedene Arten von Antrieben für die Auslenkelemente, z.B. elektri- sehe Antriebe, die in dem Auslenkelement selbst angeordnet sein können oder über Zugmittel auf das Gelenk wirken. Auch pneumatische oder hydraulische Stellelemente, die zwischen den Armstreben Wirken, sind bekannt. Grundsätzlich besteht immer ein Bestreben, leichte aber dennoch sehr tragfähige Auslenkelement bereitzustellen.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Auslenkelement zu schaffen, das bei geringem Bauraumbedarf universell einsetzbar ist.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch ein Auslenkelement der eingangs genannten Art gelöst, bei welchem die beiden Armstreben jeweils über ein Armgelenk an einer Tragstruktur der Gelenkvorrichtung gelagert sind und die beiden Armstreben mit einem zur Tragstruktur beweg- liehen Verbindungselement zwischen den beiden Armgelenken gekoppelt sind, wobei zwischen der Tragstruktur und dem Verbindungselement wenigstens ein Stellelement angeordnet ist, das das Verbindungselement bewegt und damit die Armstreben zwischen ihren Endstellungen verschwenkt. Der wesentliche Unterschied der Erfindung gegenüber bekannten Lösungen besteht darin, dass die beiden Armstreben nicht über nur ein Gelenk mit einer Gelenkachse miteinander verbunden sind, sondern an der Tragstruktur für jede Armstrebe ein eigenes Gelenk vorgesehen ist.

Dadurch ergibt sich im Bereich des Verbindungselements zwischen den beiden Gelenken ein erweiterter konstruktiver Spielraum, der zur Anpassung an unterschiedliche Antriebsarten (elektrisch, pneumatisch oder hydraulisch) einschließlich der Versorgungs- und Steuerungsleitungen und des jeweiligen Anwendungsfalles genutzt werden kann, beispielsweise um das Auslenkelement in Richtung einer hohen Belastbarkeit oder eine hohen Präzision zu optimieren.

In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass das Verbindungs- element wenigstens ein flexibles Element aufweist, das die beiden Armstreben miteinander verbindet.

Das flexible Element sorgt dafür, dass die beiden Armstreben unabhängig von der Winkelstellung in einer definierten Position zueinander gehalten sind, was beispielsweise im Hinblick auf eine exakte Positionsermittlung des Auslenkelementes durch eine geeignete Sensorik von Vorteil ist.

Vorzugsweise ist das flexible Element als biegeelastisches Federelement ausgebildet. Bei dieser Ausführungsform ist es beispielsweise möglich, das Federelement in eine Neutrallage rück- stellend auszubilden, so dass sich in einem von Antriebskräften freien Zustand immer die ge- streckte Mittellage infolge der Rückstellkräfte des Federelements einstellt. Man kann hier auch von einem Federgelenk sprechen, das als drittes Gelenk zwischen den beiden äu ßeren Armgelenken sitzt und die Bewegung der beiden Armstreben zueinander als Bestandteil des Verbindungselementes synchronisiert.

Das flexible Element kann aber auch statt als biegeelastisches Element als einfaches Knickgelenk ausgebildet sein.

Eine weitere bevorzugte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass die Armstreben jeweils einzeln über eine Gelenkverbindung an dem Verbindungselement angelenkt sind.

Diese Ausführungsform ermöglicht ein Verbindungselement mit einem großen Querschnitt, das sich besonders gut für die direkte Ankopplung von Stellelementen innerhalb des Auelenkelements eignet. Es hat sich gezeigt, dass sich durch diese Maßnahme konstruktiv auch ein grö- ßerer maximaler Schwenkwinkel zwischen den beiden Armstreben realisieren lässt.

Eine besonders bevorzugte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass das Verbindungselement in einer Führung an der Tragstruktur beweglich geführt ist. Durch die Führung des Verbindungselements lässt sich die Präzision der Auslenkeinheit beim Verstellen in die verschiedenen Winkelstellungen erheblich verbessern. Besonders zweckmäßig ist es hierbei für die allermeisten Anwendungsfälle, die Führung des Verbindungselements als Linearführung auszubilden, die in der Symmetrieebene zwischen den beiden Armstreben angeordnet ist.

Durch diese Anordnung bewegt sich das Verbindungselement während des Verschwenkens immer in der Symmetrieebene zwischen den beiden Armstreben, so dass auch die mechanische Belastung immer gleichmäßig verteilt ist. Es können aber auch gezielt asymmetrische Konstruktionen zum Einsatz kommen, beispielsweise um ein Übersetzungsverhältnis zwischen den beiden Armstreben vorzusehen, wenn dies gewünscht sein sollte.

Unabhängig von der geometrischen Anordnung der Führung des Verbindungselements kann diese eine Wälz- oder Gleitlagerung umfassen. In einer weiteren, besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass zwischen den beiden Armgelenken ein Längenausgleich für die sich beim Verschwenken relativ zueinander bewegenden Enden der Armstreben vorgesehen ist. Der Längenausgleich ist meistens von Vorteil, um die durch das Verschwenken auftretenden Abstandsänderungen zu kompensieren und dennoch eine definierte Führung der beiden Armstreben relativ zueinander zu ermöglichen. Alternative könnten die beiden Enden der Armstreben z.B. auch mittels einer Verzahnung ineinander eingreifen, deren Radius jeweils durch den Abstand zu dem jeweiligen Armgelenk definiert ist.

Der Längenausgleich kann an verschiedenen Positionen innerhalb des Auslenkelements vorgesehen sein. Eine erste Lösung sieht vor, dass als Längenausgleich die Enden der beiden Armstreben oder die Verbindungen zwischen den Armstreben und dem Verbindungselement teles- kopierbar ausgeführt sind. Die Teleskopeinrichtung ist hier zwischen den Armgelenken und dem Verbindungselement ausgebildet, wobei die telekopierbar ineinander verschieblichen Armteile über Wälz- oder Gleitlager aneinander geführt sein können.

Bei einer weiteren Ausführungsform eines Längenausgleiches ist vorgesehen, dass zur Bildung eines Längenausgleiches die Gelenkverbindungen zwischen den Armstreben und dem Verbin- dungselement durch in Längsnuten in dem Verbindungselement geführte Gelenkköpfe gebildet sind.

Es hat sich gezeigt, dass mit dieser Art des Längenausgleiches in Verbindung mit der Anbin- dung jeder Armstrebe an das Verbindungselement über eine eigene Gelenkverbindung der ma- ximal mögliche Schwenkwinkel zwischen den beiden Armstreben weiter vergrößert werden kann. Die beiden Längsnuten verlaufen dabei im Wesentlichen in Flucht zueinander.

Bei dieser Ausbildung kann das Verbindungselement ohne weiteres starre, großflächige Ansatzflächen aufweisen, an denen z.B. unmittelbar pneumatische Stellelemente in der Art eines Balges großflächig angreifen. Diese Anlage funktioniert zwar auch bei flexiblen und/oder federnd nachgiebigen Verbindungelementen, die starre Anlagefläche schont aber die Wanung derartiger Stellelemente und ist wegen der über den Stellweg gleichmäßigeren Befüllung auch messtechnisch einfacher zu erfassen als ein sich verbiegendes oder in der Mitte einknickendes Verbindungselement. Dabei ist es nicht unbedingt erforderlich, dass die Armstreben über separate Gelenke an dem Verbindungselement angreifen, diese können auch das dann deutlich flacher bauende, vorzugsweise kreisscheibenartige Verbindungselement gabelartig umgreifen und dann über eine gemeinsame Gelenkverbindung wiederum an dem Verbindungselement angelenkt sein. Der Längenausgleich erfolgt dann auch wie zuvor beschrieben durch einen telekopartigen Längenausgleich.

Grundsätzlich kann das erfindungsgemäße Auslenkelement mit jeder Art von Antrieb kombiniert werden, wobei es den Vorteil bietet, dass zwischen den beiden Armgelenken Raum zur Verfü- gung steht, um die eigentlichen Antriebselemente und ggf. erforderliche Getriebeelemente oder Längenausgeleichselemente anzuordnen.

Bei einer ersten Ausführungsform ist ein elektrischer Antrieb zur Verstellung der Winkelstellung des Auslenkelements an der Tragstruktur vorgesehen, wobei vorzugsweise ein elektrischer Mo- tor mittels einer selbsthemmenden Gewindespindel, die in ein mit dem Verbindungselement verbundenes Gewinde eingreift und damit das Verbindungselement relativ zur Tragstruktur bewegt. Der selbsthemmende Antrieb hat den Vorteil, dass sich die Winkellage auch nach Abschalten des Antriebsstromes unter einer Gewichtslast nicht ändert, was bei einigen Anwendungsfällen wünschenswert sein kann, z.B. wenn der Roboterarm Lasten trägt, die auch bei einem Ausfall der Antriebsenergie sicher gehalten werden sollen.

Alternativ ist das Stellelement durch zwei entgegengesetzt wirkende pneumatische oder hydraulische Aktuatoren gebildet. Diese Aktuatoren können wiederum unmittelbar zwischen der Tragstruktur und dem Verbindungselement angeordnet sein, so dass das Verbindungselement zwischen den beiden Stellelementen liegt. Neben handelsüblichen Stellelementen mit in Zylindern bewegten Kolben sind für das erfindungsgemäße Auslenkelement Stellelemente besonders geeignet, die las volumenvariabler Pneus mit Druckgas oder -fluid beaufschlagt werden. Die Hüllen dieser Stellelemente können als Textilgewebe oder als Blasteile aus PL) in der Art eines Faltenblages beschaffen sein, um einige Beispiele zu nennen.

Vorzugsweise erfolgt die Stellbewegung in einer Richtung parallel zur Symmetrieebene zwischen den beiden Armstreben, so dass die mechanischen Teile gleichmäßig mit Kraft beaufschlagt werden. Für den Einsatz in Roboterarmen, bei denen das Anfahren von genauen Positionen erwünscht ist, ist der Einsatz von Sensoren im Auslenkelement von Vorteil. Insbesondere zur universellen Einsetzbarkeit in verschiedenen Anwendungen ist es vorteilhaft, die Bewegung des Auslenkelements selbst zu erfassen und die ermittelten Daten dann gemeinsame mit den Positionsda- ten anderer Bewegungselemente gemeinsam auszuwerten, die ebenfalls in dem betreffenden Roboterarm zum Einsatz kommen. Altrenativ kann auch die Position z.B. eines am Ende des Roboterarmes angeordneten Greifers im Raum erfasst werden, wobei die Bewegungssteuerung dann selbstverständlich auch über das Auslenkelement erfolgt. Die bevorzugte Erfassung der Winkelstellung unmittelbar in dem Auslenkelement erfolgt vorzugsweise mittels Sensoren, die zwischen den beiden Armstreben wenigstens im Bereich eines Armgelenkes die Relativstellung der jeweiligen Armstrebe relativ zur Tragstruktur und/oder im Bereich der Führung des Verbindungselements die Relativstellung des Verbindungselements zur Tragstruktur erfassen. In beiden Fällen ermöglicht die erfasste Relativstellung unmittelbar eine Berechnung der Winkelstellung, da sich die Armstreben und das Verbindungselement in einer bestimmten Winkelstellung immer auch in einer definierten Lage zu der Tragstruktur befinden. Mehrere Sensoren können insbesondere dann eingesetzt werden, wenn eine redundante Messwerterfassung aus Sicherheitserwägungen erwünscht sein sollte. Je nach Anwendungsfall kann es vorteilhaft sein, zwischen den Armstreben und der Tragstruktur Anschlagflächen auszubilden, die den maximalen Schwenkwinkel begrenzen. Dies vermeidet eine Überbeanspruchung der Mechanik im Bereich des Verbindungselements.

Besonders bevorzugt ist schließlich auch eine Ausführungsform der Erfindung, bei welcher die Tragstruktur zwischen den beiden Armgelenken als geschlossenes Gehäuse ausgebildet oder von einem geschlossenen Gehäuse umgeben ist. Da die beiden Gelenklager für die Armstreben ohnehin zueinander feststehende ausgebildet sein können, erlaubt der erfindungsgemäße Aufbau des Auslenkelements problemlos die Anordnung eines Gehäuses, das alle empfindlichen Antriebs-, Führungs-, Steuerungs- und Sensorelemente vor Umgebungseinflüssen schützt, ohne dass längenvariable Abdeckungen zum Schutz der empfindlichen Teile zum Einsatz kommen müssten, wie z.B. Faltenbälge oder dergleichen, die selbst zu hohem Verschleiß neigen. Weitere Merkmale, Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus dem Wortlaut der Ansprüche sowie aus der folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnungen. Es zeigen: Fig. 1 einen Längsschnitt einer ersten Ausführungsform eines Auslenkelements in einer gestreckten Stellung;

Fig. 2 einen Längsschnitt des Auslenkelements nach Fig.1 in einer maximal ausgelenkten Stellung;

Fig. 3 einen Längsschnitt einer zweiten Ausführungsform eines Auslenkelements in einer ge- streckten Stellung;

Fig. 4 einen um 90° gedrehten Längsschnitt des Auslenkelements nach Fig.3;

Fig. 5 einen Längsschnitt einer dritten Ausführungsform eines Auslenkelements;

Fig. 6 einen Längsschnitt einer weiteren Ausführungsform eines Auslenkelements;

Fig. 7 eine Ansicht verschiedener Kombinationsmöglichkeiten eines Auslenkelementes in ver- schieden konfigurierten Roboterarmen.

In Fig. 1 ist ein Auslenkelement 10 gezeigt, das für den Einsatz in Roboterarmen gedacht ist. Das Auslenkelement 10 liegt zwischen zwei Armstreben 12 (siehe Fig. 7), die in Fig. 1 selbst nicht gezeigt sind. Die Armestreben selbst gestehen aus einfachen Rohren aus einem für den jeweiligen Anwendungsfall geeigneten Material. Die Rohre können mit geeigneten Verbindungmitteln (nicht gezeigt) in Innengewinden 14 eingeschraubt werden.

Die beiden Innengewinde 14 sind armseitigen Gelenkhälften 16 von Armgelenken 18 zugeordnet, mit Hilfe derer die Armstreben 12 schwenkbar an einer Tragstruktur 20 gelagert sind. Diese Tragstruktur 20 stellt den Rahmen des Auslenkelementes 10 dar, an welchem die beiden Armgelenke 18 gelagert sind sowie ein die beiden Armestreben 12 zwischen den beiden Armgelenken 18 verbindendes Verbindungselement 22 beweglich geführt ist.

Die Armgelenke 18 sind in den beiden in Fig. 1 und 2 sowie Fig.3 und 4 gezeigten Ausfüh- rungsbeispielen jeweils entsprechend ausgeführt, so dass zur Erläuterung des näheren Aufbaus an dieser Stelle auf Fig. 3 verwiesen wird. Entsprechend weisen die Armgelenke 18 jeweils einen Gelenkzapfen 24 auf, der in einer Lagerschale 26 an der Tragstruktur 20 schwenkbar gelagert ist. Die Gelenkzapfen sind mit einer beweglichen Gelenkstruktur 28 verbunden, an welcher das Verbindungselement 22 über eine telekopierbaren Längenausgleich 29 angebracht ist. Der teleskopierbare Längenausgleich 29 verfügt über eine reibungsarme lineare Wälzlagerung 30.

Die Gelenkstrukturen 28 sind außerdem jeweils mit einem Au ßengewinde 31 versehen, auf das jeweils zwei Gewindehülsen 32, 34 aufgeschraubt sind, die in der Art einer Kontermutter gegeneinander verklemmt sind. Die hintere Gewindehülse 32 besitzt eine teilsphärische Innenkontur 36, die mit einer sphärischen Au ßenkontur 38 der Tragstruktur 14 abdichtend zusammenwirkt. Dichtelemente 40 an den Innenkonturen 36 können die Dichtwirkung im Zusammenwirken mit der sphärischen Außenfläche weiter verbessern.

Die Tragstruktur 20 ist zwischen den beiden Armgelenken 18 als geschlossenes Gehäuse 42 ausgebildet, so dass im Zusammenspiel mit den Dichtelementen 40 oder einer dort ausgebildeten Labyrinthdichtung das Innere des Gehäuses 42 sicher vor Umgebungseinflüssen geschützt ist. Das Gehäuse 42 kann im Wege additiver Herstellungsverfahren in der in den Abbildungen gezeigten Struktur hergestellt werden und ist vorzugsweise in der in Fig. 4 gezeigten Schnittebene geteilt, um alle Einzelteile des Auslenkelements 10 montieren zu können.

Das Verbindungselement 22 besteht bei der in Fig. 1 und 2 gezeigten Ausführungsform des Auslenkelements 10 aus einem symmetrisch aufgebauten Element 44, dessen beide halb- scheibenförmige Hälften 46 a, b mittig über eine Gelenkverbindung 48 miteinander verbunden sind. Die Enden 49 a, b dieser beiden Gelenkhälften 46 a, b bilden einen Teil des telekopierba- ren Längenausgleiches 29.

Bei den in Fig.1 bis 4 gezeigten Ausführungsbeispielen sind jeweils zwei pneumatischen Stellelemente 50, 51 vorgesehen, die jeweils über Anschlussleitungen 52 mit Druck beaufschlagbar sind und Stellbewegungen in entgegengesetzten Richtungen ausführen können. Die Anschlussleitungen sind durch Hohlräume in dem Auslenkelement 10 und die hohlen Armstreben von einem Anbringungspunkt des Roboterarmes zu den Stellelementen geführt. Die Stellelemente 50 selbst sind in der Art von Faltenbalgen ausgeführt und besitzen bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel blasgeformte Wandungen 54 aus PL), die mit einem Gewebe verstärkt sein können, das gleichzeitig auch den Freiheitsgrad der Verformung unter Druckbeaufschlagung beein- flusst.

Das Verbindungselement 22 ist an der Gelenkachse der Gelenkverbindung 48 mit einer Rollen- führung versehen, die in einem linearen Führungsschlitz 56 in der Tragstruktur geführte ist. Die Enden des Führungsschlitzes 56 begrenzen bei dieser Ausführungsform auch den maximalen Schwenkwinkel, der in Fig. 2 in der einen Richtung dargestellt ist, indem das obere Stellelement 50 mit Druck beaufschlagt ist. Durch Beaufschlagung des unteren Stellelements 51 mit Druck wird der um die Mittelebene gespiegelte Grenzwinkel in der entgegengesetzten Auslenkrichtung erreicht.

Eine Positionserfassung der Winkelstellung des Auslenkelements 10 ist durch Sensoren (nicht- gezeigt) ermöglicht, die die Winkelstellung wenigstens eines Armgelenks 18 und/oder die Position der Gelenkachse der Gelenkverbindung 48 in dem Führungsschlitz 56 erfassen. Mittels der bestimmten Position kann die Ansteuerung der Stellelemente gesteuert werden, wobei die elektrischen Zuleitungen (nicht gezeigt) der Sensorik ebenfalls durch die Hohlräume in dem Auslenkelement 10 und den Armstreben verlaufen.

Die in Fig. 3 und 4 gezeigte Ausführungsform eine Auslenkelements 1 10 unterscheidet sich von der in Fig. 1 und 2 gezeigten Variante durch das abweichend ausgeführte Verbindungselement 122. Das Verbindungselement 122 besitzt ein einstückiges plattenartiges Federelement 146, das biegeelastisch aus einer Mittellage elastisch auslenkbar ist. Mittig ist eine Halterung 160 für eine Rollenführung 162 an dem Federelement 146 angebracht, wobei die Rollen 162 in den beiden seitlichen Führungsschlitzen 56 geführt sind, die der zuvor beschriebenen Ausführungs- form entsprechen.

Das Federelement 146 verfügt über beidseitige Fortsätze 164, die in Halteelementen 166 eingespannt sind, die wiederum den in den Armgelenken telekopierbaren Bereich des Längenausgleiches 29 bilden. Die Stellelemente 50, 51 sind in Fig. 3 und 4 der besseren Übersicht halber weggelassen worden, entsprechen aber den im Zusammenhang mit Fig. 1 und 2 erörterten Stellelementen. Das Federelement 146 wirkt wie ein elastisches Federgelenk, das die beiden Armestreben miteinander verbindet.

In Fig. 5 ist eine weitere Ausführungsform eines Auslenkelements 210 gezeigt, das konstruktiv etwas stärker abweichend ausgeführt ist, insbesondere im Bereich eines Verbindungselements 222, das hier ähnlich einem Kolben in einer Führung in der Tragstruktur 220 geführt ist. Hierzu sind an dem Verbindungselement 222 zwei Rollenpaare als Rollenführung 262 gelagert, die in Führungsschlitzen 256 geführt sind. Die wiederum nicht gezeigten Armstreben 12 sind wiederum über zwei Armgelenke 218 an der Tragstruktur 220 gelagert, wobei sich hier die Armstreben 12 jeweils über eine Armstruktur 208 bis in das Gehäuseinnere fortsetzen. Ein Längenausgleich in der Erstreckungsrichtung der Armstreben ist bei dieser Ausführungsform nicht vorgesehen, stattdessen sind an den Enden der Armstrukturen 208 Gleitelemente 229, alternativ Rollenelemente vorgesehen, die in Längsnuten 257 geführt sind und so für die relative Beweglichkeit der Armstrukturen 208 relativ zu dem Verbindungselement 222 sorgen.

Die in Fig.5 gezeigte Grenzstellung ist definiert durch Anschläge 270 zwischen den Armstruktu- ren 208 und der Gehäuseau ßenseite. Es hat sich gezeigt, dass sich mit dem konstruktiven Aufbau des Auslenkelements 210 gemäß Fig. 5 größere Auslenkwinkel realisieren lassen als mit den zuvor beschriebenen Ausführungsformen. Ein weitere Vorteil der Variante eines Auslenkelements 210 gemäß Fig. 5 besteht darin, dass das Verbindungselements 222 flache Ansatzflächen 280 für die pneumatischen Stellelemente aufweist, die im Wesentlichen den zuvor be- schriebenen Stellelementen 50, 51 entsprechen können. Da sich die Ansatzflächen 280 beim Verschwenken im Unterschied zu den beiden zuvor beschriebenen Ausführungsformen nicht verformen, wird entsprechend das Stellelement auch an seiner Stirnseite nicht verformt, was seine Beanspruchung vermindert und ggf. die Lebensdauer erhöht. Es aht sich auch gezeigt, dass sich bei einer derartigen starren und flachen Anlagefläche die Bewegungsänderungen des Auslenkelements 210 messtechnisch besser erfassen lassen als bei einknickenden oder sich elastische verformenden Verbindungselementen 22, 122 im Zusammenwirken mit balgartigen Stellelementen 50, 51 mit einer auch stirnseitig elastischen Wandung.

In Fig. 6 ist eine weitere Ausführungsform eines Auslenkelements 310 gezeigt, bei welcher das Verbindungselement ebenfalls glatte und sich während des Auslenkens nicht verformende Ansatz- oder Andruckflächen für die Stellelemente 50, 51 (nicht gezeigt) aufweist. Obwohl hier beide Armstreben wiederum über eine Gelenkstruktur 328 an einer gemeinsamen Gelenkstelle 348 an dem Verbindungselement 322 angelenkt sind, wird dies dadurch möglich, dass die beiden Gelenkstrukturen das Verbindungselement 322 gabelartig umgreifen und so den mittleren Bereich als Anlage für die Stellelemente freilassen. Die Gelenkstrukturen verfügen im Übrigen über einen Längenausgleich 329 ähnlich den Ausführungsformen gemäß Fig. 1 bis 4, da senkrecht zur Bewegungsrichtung des Verbindungselements 322 verlaufenden Längsnuten als Längenausgleich wie bei der in Fig. 5 gezeigten Ausführungsform aufgrund der flachen Bauweise des Verbindungselements 322 hier nicht möglich sind. Andererseits hat diese flache Bauweise den Vorteil, dass mehr Raum für die Stellelemente 50, 51 zur Verfügung stehe bzw. bei gleich dimensionierten Stellelementen das Gehäuse 342 des Auslenkelements 310 kleiner dimensioniert werden kann.

Die Rollenführung des Verbindungselements 322 erfolgt wiederum über zwei Rollenpaare 362, die in Führungsschlitzen 356 laufen. Die Gelenkverbindung 348 zur Anbindunge der mit den Armstreben 12 in Schwenkrichtung starr verbundenen Gelenkstrukturen 328 erfolgt mittig zwischen den Führungsrollen 362 der Führung des Verbindungselements 322.

Die gezeigten und beschriebenen pneumatischen Stellelemente können ohne Weiteres durch elektrische Antriebselemente ersetzte werden, die beispielsweise über einen elektrischen Spindeltrieb auf das Verbindungselement wirken. Ein Spindeltrieb hat den Vorteil, dass er problemlos selbsthemmend ausgeführt werden kann, so dass ein entsprechend ausgestaltetes Auslenkelement auch bei deaktiviertem Antrieb eine auf seine Armstreben wirkende Last halten kann. Fig. 7 zeigt beispielhaft zwei Roboterarme 100 und 102, die mit einem zuvor beschriebenen Auslenkelement 10 aufgebaut sind. Der auf der linke Seite darstellte Roboterarm 100 besteht aus vier in Reihe angeordneten Auslenkelementen 10 a, b, c und d, wobei an dessen Ende 101 ein nicht dargestellter Greifer angeordnet sein kann. Durch die Kombination mehrerer Auslenkelemente in Reihe kann der Schwenkwinkel weiter vergrößert werden, wobei auch ein verdreh- tes Anordnen zweckmäßig sein kann, um ein Verschwenken des Roboterarmes auch in einer entsprechend gedrehten Ebene zu ermöglichen. Entsprechend der sich zum freien Armende hin verringernden Biegemomentbelastung sind die Auslenkelemente 10 zum Armende hin kleiner dimensioniert. Auf der rechten Seite ist in Fig. 7 ein Roboterarm 102 gezeigt, der ein in der Länge verstellbares Modul 104 mit einem erfindungsgemäßen Auslenkelement 10 kombiniert.

Diese beiden Roboterarme sind nur beispielhaft zu verstehen. Selbstverständlich können die Auslenkmodule der hier erörterten Art mit jeglichen Modulen in Roboterarmen kombiniert wer- den. Solche Module können eine Bewegung in jedem beliebigen Freiheitsgrad ermöglichen, so dass sich für einen Roboterarm konstruktiv jede gewünschte Beweglichkeit einstellen lässt.

Die Erfindung ist nicht auf eine der vorbeschriebenen Ausführungsformen beschränkt, sondern in vielfältiger Weise abwandelbar. Sämtliche aus den Ansprüchen, der Beschreibung und der Zeichnung hervorgehenden Merkmale und Vorteile, einschließlich konstruktiver Einzelheiten, räumlicher Anordnungen und Verfahrensschritten, können sowohl für sich als auch in den verschiedensten Kombinationen erfindungswesentlich sein.

Bezugszei chen l iste

10 Auslenkelement

12 Armstrebe

14 Innengewinde

16 Gelenkhälfte

18 Armgelenk

20 Tragstruktur

22 Verbindungselement

24 Gelenkzapfen

26 Lagerschale

28 Gelenkstruktur

29 Längenausgleich

30 Lineare Wälzlagerung

31 Au ßengewinde

32, 34 Gewindehülsen

36 Sphärische Innenkontur

38 Sphärische Außenkontur

40 Dichtelement

42 Gehäuse

44 Symmetrisches Element

46a, b Scheibenförmige Hälften

48 Gelenkverbindung

49a, b Enden der scheibenförmigen Hälften

50, 51 Pneumatische Stellelemente

52 Anschlussleitungen

54 Wandung

56 Führungsschlitz

100 Roboterarm

101 Armende

102 Roboterarm

104 Längenverstellbares Modul

1 10 Auslenkelement

122 Verbindungselement

146 Federelement 162 Rollenführung

164 Fortsätze

166 Halteelemente

208 Armstruktur

210 Auslenkelement

218 Armgelenk

220 Tragstruktur

222 Verbindungselement

229 Gleitelemente

256 Führungsschlitz

257 Längsnut

262 Rollenführung

270 Anschlag

280 Ansatz-/Andruckfläche

310 Auslenkelement

322 Verbindungselement

328 Gelenkstruktur

329 Telekopierbarer Längenausgleich

342 Gehäuse

348 Gelenkverbindung

356 Führungsschlitz

362 Rollenführung

Claims

Patentansprüche

Auslenkelement für Roboterarme (100, 102), das zwei Armstreben (12) aufweist, die an einer Gelenkvorrichtung schwenkbar gelagert sind, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Armstreben (12) jeweils über ein Armgelenk (18; 218) an einer Tragstruktur (20; 220) der Gelenkvorrichtung gelagert sind und die beiden Armstreben (12) mit einem zur Tragstruktur 20; 220) beweglichen Verbindungselement (22; 122; 222; 322) zwischen den beiden Armgelenken (18; 218) gekoppelt sind, wobei zwischen der Tragstruktur(20; 220) und dem Verbindungselement (22; 122; 222; 322) wenigstens ein Stellelement (50; 51 ) angeordnet ist, das das Verbindungselement (22; 122; 222; 322) bewegt und damit die Armstreben (12) zwischen ihren Endstellungen verschwenkt.

Auslenkelement nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Verbindungselement (22; 122) wenigstens ein flexibles Element (44; 146) aufweist, das die beiden Armstreben (12) miteinander verbindet.

Auslenkelement nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das flexible Element (146) als biegeelastisches Federelement (146) ausgebildet ist.

Auslenkelement nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das flexible Element (44) wenigstens ein Gelenk (48) aufweist, das an der Schnittstelle der Verlängerungen der beiden Armstreben angeordnet ist.

Auslenkelement nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Armstreben jeweils über eine Gelenkverbindung an dem Verbindungselement (222) angelenkt sind.

Auslenkelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verbindungselement (22; 122; 222; 322) in einer Führung an der Tragstruktur (220) beweglich geführt ist.

Auslenkelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Führung des Verbindungelement (22; 122; 222; 322) als Linearführung (56; 256; 356) ausgebildet ist, die in der Symmetrieebene zwischen den beiden Armstreben (12) angeordnet ist

Auslenkelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den beiden Armgelenken (18; 218) ein Längenausgleich (29; 257; 329) für die sich beim Verschwenken relativ zueinander bewegenden Enden der Armstreben (12) vorgesehen ist.

Auslenkelement nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass als Längenausgleich die Enden der Armstreben oder die Verbindungen zwischen den Armstreben (12) und dem Verbindungselement (22; 122; 322) teleskopierbar ausgeführt sind.

Auslenkelement nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass zur Bildung eines Längenausgleiches die Gelenkverbindungen zwischen den Armstreben und dem Verbindungselement (222) durch in Längsnuten (257) in dem Verbindungselement (222) geführte Gelenkköpfe (229) gebildet sind.

Auslenkelement nach einem der Ansprüche 4 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Verbindungselement (222; 322) eine starre, großflächige Ansatzfläche für wenigstens ein Stellelement (50; 51 ) aufweist.

Auslenkelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Stellelement als elektrischer Antrieb ausgeführt ist, wobei ein Motor mittels einer selbsthemmenden Gewindespindel, die in ein Gewinde in dem Verbindungselement eingreift, dieses relativ zur Tragstruktur bewegt.

Auslenkelement nach einem der Ansprüche 1 bis 1 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Stellelement (50, 51 ) durch zwei entgegengesetzt wirkende pneumatische oder hydraulische Aktuatoren gebildet ist.

Auslenkelement nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Stellrichtung der Stellelemente parallel zur Symmetrieebene zwischen den beiden Armstreben (12) liegt.

Auslenkelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Erfassung der Winkelstellung zwischen den beiden Armstreben (12) Sensoren im Bereich wenigstens eines Armgelenkes (18; 218) zur Erfassung der Relativstellung der jeweiligen Armstrebe (12) relativ zur Tragstruktur (20; 220) und/oder im Bereich der Führung des Verbindungselements (22; 122; 222; 322) zur Erfassung der Relativstellung des Verbindungselementes (22; 122; 222; 322) zur Tragstruktur (20; 220) vorgesehen sind.

16. Auslenkelement nach einem der vorgehergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den Armstreben (12) und der Tragstruktur (220) Anschlagflächen (270) vorgesehen sind, die den maximalen Schwenkwinkel begrenzen.

17. Auslenkelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Tragstruktur (20; 220) zwischen den Armgelenken (18; 218) als geschlossenes Gehäuse (42) ausgebildet oder von einem geschlossenen Gehäuse umgeben ist.