WO2019091905A1 - Roboterarm und roboterarmeinheit - Google Patents

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WO2019091905A1
WO2019091905A1 PCT/EP2018/080138 EP2018080138W WO2019091905A1 WO 2019091905 A1 WO2019091905 A1 WO 2019091905A1 EP 2018080138 W EP2018080138 W EP 2018080138W WO 2019091905 A1 WO2019091905 A1 WO 2019091905A1
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arm part
upper arm
arm
linear actuator
joint
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PCT/EP2018/080138
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Andreas Karguth
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    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J9/00—Program-controlled manipulators
    • B25J9/06—Program-controlled manipulators characterised by multi-articulated arms
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J19/00—Accessories fitted to manipulators, e.g. for monitoring, for viewing; Safety devices combined with or specially adapted for use in connection with manipulators
    • B25J19/0075—Means for protecting the manipulator from its environment or vice versa
    • B25J19/0083—Means for protecting the manipulator from its environment or vice versa using gaiters
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J9/00—Program-controlled manipulators
    • B25J9/10—Program-controlled manipulators characterised by positioning means for manipulator elements
    • B25J9/106—Program-controlled manipulators characterised by positioning means for manipulator elements with articulated links
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
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    • B25J9/00—Program-controlled manipulators
    • B25J9/10—Program-controlled manipulators characterised by positioning means for manipulator elements
    • B25J9/12—Program-controlled manipulators characterised by positioning means for manipulator elements electric
    • B25J9/123—Linear actuators
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J9/00—Program-controlled manipulators
    • B25J9/10—Program-controlled manipulators characterised by positioning means for manipulator elements
    • B25J9/14—Program-controlled manipulators characterised by positioning means for manipulator elements fluid
    • B25J9/144—Linear actuators

Definitions

  • Robotic arm and robot arm unit Robotic arm and robot arm unit
  • the present invention relates to a robot arm having a plurality of arm parts, which are each connected to each other via a hinge. Furthermore, the invention relates to a robot arm unit with two robot arms.
  • WO 01/74548 AI shows a robot arm, which extends auszeich ⁇ NEN intended by a low mass and a configurability and is particularly intended for mobile robots.
  • the robotic arm includes a pivot bearing for rotation about a vertical axis and a first reconfigurable connection for forward and rearward rotations about a first horizontal axis.
  • a second reconfigurable connection is used for
  • the CN 101780673 B teaches a robot arm, which should be characterized by a thin and lightweight design.
  • the Robo ⁇ terarm has five pivot joints with similar structures on which are formed, inter alia, by reducers, flanges, motors and the encoder path.
  • DE 20 2012 005 042 Ul shows a drive box for a portable lightweight robot arm, which is a plurality to a or a plurality of axes of rotation movably interconnected arm portions.
  • the drive box has a metal housing with attachment means for attachment to the lightweight robotic arm.
  • the robot arm accommodates a lightweight torque servo motor for driving a drive shaft mounted in the housing, an angular position detection device and a holding brake.
  • an anthropomorphic medical robot arm which is a base end, a first Armele ⁇ ment, a base hinge coupling, a second arm member, a middle joint coupling, a functional end, a joint at the operative end and at least one selectively operable BEWE ⁇ supply lock on the base hinge includes.
  • the US 2015/0352727 AI shows a manipulator with a plurality of arms, which are rotatably connected to each other by an intermediate element.
  • the arms have a cylindrical shape and are partially hollow.
  • US 2016/0176044 AI teaches a cable guide in a robotic arm.
  • the robot arm is tubular, with linear actuators being arranged inside the robot arm. These linear actuators drive a hub through a chain, which leads to a
  • a mechanics of stereotactic System comprises at least five axles, which are assigned fine tuning and locking devices.
  • the object of the present invention is to provide a robot arm which is characterized by a low mass, by a high mass
  • the robot arm according to the invention is used for handling or manipulating an object.
  • the robot arm comprises a rotatable foot, one carried by the foot Schulterarmteil, one carried by the Schulterarmteil upper arm portion, a carried by the upper arm part of the forearm portion, a getrage ⁇ nen from the forearm part Handwurzelarmteil and preferably a supported from Handwurzelarm ⁇ part grippers which the force and the moments for handling or manipulation of the object can transmit.
  • the rotatable foot, the shoulder arm part, the upper arm part, the forearm part, the carpal arm part and possibly the gripper form a kinematic chain of the robot arm.
  • the shoulder arm part and the upper arm part are over a first
  • the forearm part and the Handwurzelarmteil are connected via a drit ⁇ tes joint with each other, so that the Handwurzelarmteil against the forearm part about an axis can be pivoted, which is preferably perpendicular to a lengthwise of the forearm ⁇ portion extending axis and / or perpendicular to a lengthwise of the Handwurzelarmmaschines aligned extending axis.
  • the upper arm part and lower arm part ⁇ comprise a tubular supporting greenbody respectively.
  • the tubular shape allows a high mechanical loading ⁇ ability at a low mass.
  • the forces and moments to be transmitted by the shoulder arm part, the upper arm part and the forearm part are transferable via the tubular basic body, so that they, like the first joint, the second one
  • the tubular supporting base body in each case form an outer surface or an outer skin of the shoulder ⁇ terarmmaschines, the upper arm part and the forearm part.
  • the Schulterarmers a first linear actuator is arranged, through which a force is generated to pivot the Schulterarmteil and the upper arm part to each other via the first joint.
  • the first linear actuator has a main extension direction, which is preferably arranged parallel to the tubular supporting body of the shoulder arm part.
  • the first linear actuator preferably extends at least over half the length of the tubular base body of the Schulterarmmaschines.
  • a first end of the first linear actuator is in mechanical engagement with the shoulder arm portion.
  • a second end of the first linear actuator is in mechanical engagement with the upper arm part.
  • the force that can be generated by the first linear actuator acts between its first
  • the robot arm preferably comprises an absolute rotary slide sensor and / or a
  • a second linear actuator is arranged, through which a force can be generated in order to pivot the upper arm part and the lower arm part to each other via the second joint.
  • the second linear actuator has a main extension direction, which is preferably arranged parallel to the tubular supporting main body of the upper arm part.
  • the second linear actuator preferably extends at least over half the length of the tubular body of the Oberarmtei ⁇ les.
  • a first end of the second linear actuator is in mechanical engagement with the upper arm part.
  • a second end of the second linear actuator is in mechanical engagement with the forearm part.
  • the force that can be generated by the second linear actuator acts between its first end and its second end. Driving the second linear actuator causes the distance between its first end and its second end to change.
  • the linear actuator causes a force between the upper arm part and the forearm part acts, by which the upper ⁇ arm part and the forearm part of pivoted to each other about the second joint.
  • the robot arm preferably comprises an absolute rotary slide sensor and / or a torque sensor for
  • a third linear actuator by which a force is generated to pivot the forearm part and the carpal arm part toward each other via the third joint.
  • the third linear actuator has a main direction of extension, which is preferably arranged parallel to the tubular supporting body of the forearm part.
  • the third linear actuator preferably extends over at least half the length of the tubular base body of the lower arm part.
  • a first end of the third linear actuator is in mechanical engagement with the forearm part.
  • a second end of the third linear actuator stands with the hand ⁇ wurzelarmteil in a mechanical engagement.
  • the force that can be generated by the third linear actuator acts between its first end and its second end.
  • Driving the third linear actuator causes the distance between its first end and its second end to change.
  • Driving the third linear actuator thus results in a force acting between the lower arm part and the carpal arm part, by which the lower arm part and the hand root arm part are pivoted to each other via the third joint.
  • the robotic arm preferably comprises an absolute rotational position sensor and / or a moment sensor for measuring the pivoting between the lower arm part and the carpal arm part.
  • the shoulder arm part preferably has free rotation relative to the foot in an axis extending along the shoulder arm part. This free rotation is preferably fixable with a first locking element.
  • the Schulterarmteil is located along the axis extending school ⁇ terarmmaschines manually rotatable and fixable manually in relation to the foot in the.
  • the shoulder arm part with the upper arm part carried by the shoulder arm part up to the carried hand root arm part is manually adjustable by a rotation in this axis and there is no automatic drive for this
  • the robot arm has no automatic drive designed for this rotation.
  • the first locking element is preferably designed to fix the rotation described steplessly or in stages.
  • the robot arm preferably has an absolute rotary slide sensor
  • the upper arm part preferably has free rotation relative to the shoulder arm part in an axis extending along the upper arm part. This free rotation is preferably fixable with a second locking element.
  • the upper arm is opposite to the Schulterarmteil in the longitudinal axis of the upper arm extending axis manually rotatable and manually fixed.
  • the upper arm part is manually adjustable with the forearm part carried by the upper arm part up to the supported hand root arm part by a rotation in this axis and no automatic drive for this rotation is required.
  • the robot arm has no automatic drive designed for this rotation.
  • the second locking element is preferably designed to fix the rotation described steplessly or in stages.
  • the robot arm preferably has an absolute rotary slide sensor Measurement of the rotational position of the upper arm part relative to the
  • a particular advantage of the robot arm according to the invention is that no automatic ⁇ shear drive is required for two degrees of freedom.
  • the linear actuators, the rotatability of the foot and the degrees of freedom of the wrist root ⁇ arm part already allow a free movement of the Handwur ⁇ zelarmmaschines in space. Because of its tubular supporting body, the robotic arm has no additional load-bearing
  • the described rotation of the Schulterarmmaschines against the foot and the described rotation of the upper arm part relative to the Schulterarmteil can be performed manually if necessary to bring the robot arm in an optimal for the execution of the movement task starting position, from which he all perform desired movements or take positions.
  • a further particular advantage of the robot arm according to the invention is that the tubular basic body of the Schulterarmmaschines, the upper arm part and the forearm part form a first, second and third linear actuator enclosing outer shell of the Schulterarmmaschines, the upper arm part and the forearm part and simultaneously assume a supporting radio ⁇ tion.
  • the robot arm is slim, lightweight, robust and safe to carry out.
  • the axis extending along the shoulder arm portion and the axis extending along the upper arm portion are preferably in a plane.
  • the along the upper arm part extending axis and along the lower arm part extending axis are preferably in a plane.
  • the axis extending along the shoulder arm portion, the axis extending along the upper arm portion, and the axis extending along the lower arm portion are preferably in one
  • the axis extending along the shoulder arm part, the axis extending along the upper arm part, and the axis extending along the lower arm part are each preferably a middle one
  • the foot, the first joint, the second joint and / or the third joint are preferably hollow.
  • a cavity extends through the interior of the hollow foot, the tubular body of the Schulterarmmaschines, the hollow first joint, the tubular body of the upper arm, the hollow second joint, the tubular body of the lower arm and possibly the hollow third joint.
  • the cavity is preferably dust-tight, waterproof, splash-proof and / or airtight sealed.
  • the cavity is preferably filled with a protective gas.
  • the robot arm is designed according to the exoskeleton principle.
  • the exoskeleton is formed by the tubular body of the Schulterarmmaschines, the upper arm part and the lower arm part and possibly also by the hollow first joint, the hollow second joint and / or the hollow third joint.
  • the first joint has a hinge axis which forms an axis of pivoting between the shoulder arm part and the upper arm part.
  • This hinge axis is preferably perpendicular to a plane parallel to the central axis extending along the shoulder arm portion and perpendicular to one Parallel to the middle arranged along the upper arm part extending axis.
  • the hinge axis is preferably spaced from the central axis extending along the shoulder arm portion and spaced from the central axis extending along the upper arm portion.
  • the hinge axis is at a distance from the central axis extending along the shoulder arm portion, which is preferably at least as large as an outer radius of the tubular supporting body of the shoulder arm portion. Likewise, the hinge axis has a
  • Shoulder arm and the upper arm part can be pivoted towards each other to an angle of 0 °.
  • the outer radius of the tubular supporting body of the Schulterarmmaschines and the outer radius of the tubular supporting body of the upper arm part are preferably the same size.
  • the first joint preferably has a first hinge wall which encloses the cavity formed by the hollow first joint.
  • a first rotative bearing having a first inner ring and a first outer ring.
  • the first inner ring and the first outer ring are each disk-shaped latestbil ⁇ det.
  • the first rotary bearing is preferably formed by a Gleitla ⁇ ger or by a rolling bearing.
  • the first inner ring is fixedly connected to one of the two arm portions formed by the shoulder arm portion and the upper arm portion, while the first outer ring is fixedly connected to the other of the two arm portions formed by the shoulder arm portion and the upper arm portion.
  • two of the first rotary bearings are in the first
  • the two first rotary bearings preferably have a same axis of rotation and are arranged axially spaced on the axis of rotation.
  • the axial distance is preferably equal to an outer diameter of the tubular supporting body of the Schulterarmmaschines and the upper arm part.
  • the first hinge wall preferably further comprises a first flexible sleeve which surrounds the cavity formed by the hollow first joint up to the tubular base body of the first
  • the robot according to the invention which is sealed dust-tight through the body of the Schulterarmmaschines and humerus member and the first hinge horrre ⁇ ADORABLE cavity.
  • the extending through the basic body of the Schulterarmmaschines and the humeral part and the first joint cavity is sealed watertight or at least splash-proof.
  • the cavity extending through the base bodies of the shoulder arm part and the upper arm part and over the first joint is sealed airtight.
  • the cavity extending through the main bodies of the shoulder arm part and the upper arm part and over the first joint is preferably filled with a protective gas.
  • the first end of the first linear actuator is preferably mounted in a first pivot bearing with respect to the shoulder arm part, so that the first linear actuator during the driving can follow the deflection caused by the driving.
  • the first pivot bearing is preferably attached to an inner wall of the tubular ⁇ shaped body of the Schulterarmmaschines.
  • the second end of the first linear actuator is preferably mounted on a first lever of the upper arm part attached to the tubular base body of the upper arm part.
  • the first lever preferably extends into the cavity of the hollow first joint.
  • the second end of the first linear actuator is preferably mounted within the cavity of the hollow first joint on the first lever.
  • the first end of the first linear actuator ⁇ is fixedly disposed opposite to the Schulterarmteil, wherein the second end of the first linear actuator in a first
  • Pivoting lever of the upper arm part is mounted, which is mounted in the tube ⁇ shaped supporting body of the upper arm or in a fixed to the tubular supporting body of the upper arm part of the first lever of the upper arm.
  • the upper arm part can be pivoted relative to the Schulterarmteil on the first joint, even if the first linear actuator is in a non-powered state. For this purpose, a minimum torque between the upper arm and the Schulterarmteil manually apply.
  • the robotic arm according to the invention furthermore comprises a sensor for measuring the pivoting of the upper arm part the shoulder arm part which is disposed in the cavity extending through the main bodies of the shoulder arm part and the upper arm part and over the first joint.
  • the sensor is preferably electrically connected to a control electronics. Electrical connections are also preferred in which disposed through the body of the Schulterarmmaschines and humerus ⁇ part and the first joint extending cavity.
  • the second joint has a hinge axis, which is a
  • This hinge axis is preferably perpendicular to a plane parallel to the central axis extending along the upper arm part and perpendicular to one
  • the hinge axis is preferably spaced from the central axis extending along the upper arm portion and spaced from the central axis extending along the lower arm portion.
  • Forearm part up to an angle of 0 ° or close to 0 ° aufeinan ⁇ can be pivoted to the without the tubular supporting body of the upper arm and the tubular supporting body of the forearm part meet and limit this pivotal movement.
  • the hinge axis has a
  • the hinge axis has a distance from the middle extending along the lower arm part
  • Axle which is preferably at least as large as a äuße ⁇ rer radius of the tubular supporting body of the lower arm part. This ensures that the upper arm part and the forearm part up to an angle of 0 ° alseinan ⁇ can be swiveled to.
  • the outer radius of the tube ⁇ shaped supporting body of the upper arm and the outer radius of the tubular supporting body of the forearm part are preferably the same size.
  • the second joint preferably has a second hinge wall which encloses the cavity formed by the hollow second hinge.
  • the second hinge wall is preferably at least a second rotary bearing with a second
  • the second inner ring and formed with a second outer ring are each formed schei ⁇ benförmig.
  • the second rotary bearing is preferably formed by a sliding bearing or by a rolling bearing.
  • the second inner ring is fixedly connected to one of the two arm parts formed by the upper arm part and the lower arm part, while the second outer ring is fixedly connected to the other of the two arm parts formed by the upper arm part and the lower arm part.
  • two of the second rotary bearings are formed in the second hinge wall.
  • the two second rotary bearings preferably have a same axis of rotation and are arranged axially spaced on the axis of rotation.
  • the axial distance is preferably equal to an outer diameter of the tubular supporting body of the upper arm part and the lower arm part.
  • the second hinge wall preferably further comprises a second flexible sleeve, which encloses the cavity formed by the hollow second joint up to the tubular base body of the upper arm part and the lower arm part and up to the at least one second rotary bearing.
  • the cavity extending through the base body of the upper arm part and the lower arm part and over the second joint is sealed in a dust-tight manner.
  • the cavity extending through the main body of the upper arm part and the lower arm part and over the second joint is sealed watertight or at least splash-proof.
  • the cavity extending through the base body of the upper arm part and the lower arm part and over the second joint is sealed airtight.
  • the hollow space extending through the base body of the upper arm part and the lower arm part and over the second joint is preferably filled with a protective gas.
  • the first end of the second linear actuator is preferably mounted in a second pivot bearing with respect to the upper arm part, so that the second linear actuator can follow during the driving caused by the driving deflection.
  • the second pivot bearing is preferably attached to an inner wall of the tubular ⁇ shaped body of the upper arm.
  • the second end of the second linear actuator is preferably mounted on a second lever of the lower arm part attached to the tubular base body of the lower arm part.
  • the second lever preferably extends into the cavity of the hollow second joint.
  • the second end of the second linear actuator is preferably mounted within the cavity of the hollow second hinge on the second lever.
  • the first end of the second Linearak ⁇ tuators is fixedly arranged relative to the upper arm part, wherein the second end of the second linear actuator in a second
  • Pivot lever is mounted of the arm member, which bearing in the tube ⁇ shaped base body of the forearm or part mounted in a bearing on the tubular body of the lower arm portion of the second lever arm part is mounted.
  • the robotic arm according to the invention further comprises a sensor for measuring the pivoting of the forearm part relative to the upper arm part, which in which through the main body of the upper arm and the lower arm part and on the second
  • the sensor is preferably electrically connected to the control electronics. Electrical connections are also preferably arranged in the cavity extending through the main body of the upper arm part and the lower arm part and over the second joint.
  • the first end of the third linear actuator is preferably mounted in a third pivot bearing with respect to the forearm part, so that the third linear actuator during the driving can follow the deflection caused by the driving.
  • the third pivot bearing is preferably attached to an inner wall of the tubular ⁇ shaped body of the lower arm.
  • the carpal arm part can be pivoted relative to the lower arm part via the third joint, even if the third Linear actuator is in a non-powered state.
  • a minimum torque between the carpal arm and the forearm part manually apply.
  • the robotic arm according to the invention further comprises a sensor for measuring the pivoting of the carpal root relative to the forearm part.
  • the sensor is preferably electrically connected to the control electronics. Electrical connections are also preferably arranged in the cavity extending through the base body of the lower arm part.
  • the first linear actuator, the second linear actuator and / or the third linear actuator is preferably hydraulically, pneumatically or electrically drivable.
  • the first linear actuator, the second linear actuator and / or the third linear actuator is preferably formed by an electric motor-spindle combination.
  • the first linear actuator, the second linear actuator and / or the third linear actuator is preferably electrically controllable.
  • the robot arm according to the invention further comprises a Steue ⁇ tion electronics for controlling the first linear actuator, the second linear actuator and / or the third Linearaktua ⁇ sector, in which by the main body of the shoulder arm part, the upper arm part and / or the lower arm part and on the first Joint, the second joint or the third
  • the control electronics are preferably designed to cause defined movements of the Schulterarmmaschines, the upper arm part and / or the lower arm part.
  • the robot arm is an electronic control unit for controlling the linear actuators, for detecting the sensor data and for communication with a master control unit (eg a micro PC), preferably via a bus system.
  • the master control unit may be arranged externally or integrated with the robot arm.
  • the rotatability of the rotatable foot is preferably given in a vertical axis.
  • the robot arm preferably has a first rotary drive for rotating the foot in this axis. The first rotary drive is preferably used to rotate the foot relative to a base plate.
  • the foot preferably comprises a rotational position sensor and / or a moment sensor in order to be able to measure the rotation.
  • the first rotary drive is preferably formed by an electric motor or by a pneumatic or hydraulic motor.
  • the first rotary drive is preferably formed by a combination of an electric motor, a pinion and a toothed ring with internal teeth.
  • the forearm part is preferably located along the sub ⁇ arm part extending axis relative to the upper arm part rotatable in a.
  • the robot arm preferably has an absolute rotational position sensor for measuring the rotational position of the lower arm part relative to the upper arm part in the described axis.
  • the robot arm preferably has a second rotary drive for rotating the lower arm part relative to the upper arm part in the axis extending along the lower arm part.
  • the second rotary drive is preferably formed by an electric motor or by a pneumatic or hydraulic motor.
  • the second rotary drive is preferably formed by a combination of an electric motor, a pinion and a toothed ring with internal teeth.
  • the sprocket is preferably formed on an inner surface of the tubular body of the forearm part or the upper arm part.
  • the hand root arm part is preferably rotatable relative to the lower arm part in an axis extending along the hand root arm part.
  • the robotic arm preferably has a third rotation drive for rotating the Handwurzelarmers against the forearm portion in the longitudinally of the Handwurzelarmmaschines réellere ⁇ -bridging axis.
  • the third rotary drive is preferably designed to rotate the hand root arm part by more than one turn relative to the lower arm part.
  • the third rotary drive is preferably formed by an electric motor or by a pneumatic or hydraulic motor.
  • the third rotary drive is preferably formed by a combination of a Elect ⁇ romotor, a pinion and a ring gear with internal teeth.
  • the sprocket is preferably formed on an inner surface of the tubular body of the carpal root or the forearm part.
  • the gripper is preferably rotatable in an axis extending along the gripper with respect to the carpal lifting arm.
  • the robot arm preferably has a fourth rotary drive for rotating the gripper relative to the carpal arm in the axis extending along the gripper.
  • the fourth rotary drive is preferably designed to rotate the gripper by more than one revolution relative to the carpal arm.
  • the fourth rotary drive is preferably by a
  • Electric motor or by a pneumatic or hydraulic motor or by a pneumatic or hydraulic motor
  • the fourth rotary drive is preferably formed by a combination of an electric motor, a pinion and a toothed ring with internal teeth.
  • the gripper preferably includes at least two gripper fingers which successively with a gripper finger drive and vonei ⁇ Nander can be moved away, so that objects may be gripped with the Grei ⁇ fer.
  • the gripper preferably comprises a mechanical fixing mechanism for fixing or locking the gripper fingers.
  • the gripper is preferably interchangeable in order to use different adapted grippers.
  • the robot arm preferably has a contactless electrical interface to the electrical connection of the gripper.
  • the contactless electrical interface is designed for the transmission of electrical energy and data.
  • the robot arm preferably comprises a camera for the optical detection of objects to be handled or manipulated.
  • the camera is preferred buildin ⁇ Strengthens where Handwurzelarmteil.
  • the camera preferably comprises a microphone for detecting acoustic events in the area of the objects to be handled or manipulated.
  • the robotic arm preferably includes a lighting unit for lighting to be handled or manipulated th objectivity.
  • the lighting unit is preferably attached to the wrist ⁇ arm.
  • the lighting unit is preferably formed by an LED headlight.
  • the robot arm preferably comprises force sensors on the carpal arm part.
  • the force sensors are preferably circumferentially around the
  • Handwurzelarmteil arranged so that they axially umhül ⁇ len.
  • the force sensors are used to measure an externally acting on the carpal arm pressure force, so example ⁇ haptic functions can be realized.
  • Force sensors are preferably segmented.
  • the robot arm preferably comprises an inertial measuring unit, which is preferably arranged in the carpal arm part.
  • the Inertial measuring unit preferably comprises three acceleration ⁇ sensors, with which the accelerations can be measured in the three spatial directions.
  • the inertial measuring unit preferably comprises three gyro sensors with which the rotational movements about the three spatial directions can be measured.
  • the robotic arm preferably includes a coupling element for Ankop ⁇ PelN a second robot arm.
  • the coupling element is before ⁇ Trains t attached to the Handwurzelarmteil.
  • the coupling element is preferably designed to be coupled to a same coupling element which is fastened to a hand root arm part of the second robot arm.
  • the coupling element is preferably formed electromechanically.
  • the robot arm preferably comprises a gas and / or fluid connection.
  • the gas and / or fluid connection preferably opens into the cavity formed by the tubular base body and by the joints.
  • the gas and / or fluid connection is preferably designed for the passage of compressed air, protective gas and / or water.
  • a first supplied with compressed air or fluid ⁇ line connection for actuation of the gripper or a mechanical coupling mechanism (by ⁇ rotatable connection between the gripper receptacle and carpal), this first line connection also for the passage of gas (air) or fluid z. B. can be used to clean objects. Via the first line connection, a vacuum can be connected to z. B. to operate a suction pad.
  • An optional second conduit port terminating in the carpal neck may use a shielding gas or air to flush the interior of the robotic arm or to create an overpressure in the robotic arm.
  • the control unit is preferably configured to cause defi ned ⁇ movements of the arm members and to transfer them by means of the sensors, the movement of the robot arm at the possible Kollisio ⁇ nen in a predetermined state of motion.
  • the predefined movement state is preferred by a
  • the robot arm unit according to the invention comprises at least two robot arms according to the invention, which are coupled to each other at their carpal arm parts.
  • the robot arm unit according to the invention preferably comprises two of the described preferred embodiments of the robot arm according to the invention; In particular, embodiments each having a coupling element on
  • the coupling is preferably electromechanical.
  • the single FIGURE shows a preferred embodiment of a robot arm according to the invention in a sectional view.
  • the robot arm comprises a foot Ol, which is rotatably mounted on a base plate 02.
  • the foot Ol can be rotated by means of a first rotary drive 03 relative to the base plate 02 about a vertical axis.
  • the first rotary drive 03 comprises an electric motor 04, a pinion 06 and a ring gear 07.
  • the foot carries a Schulterarmteil Ol 08, which is formed in Wesent ⁇ union by a tubular base body 09th
  • the shoulder arm part 08 carries, via a first joint 11, an upper arm part 12, which is likewise essentially formed by a tubular base body 13.
  • the first hinge 11 comprises a collar 14 and two disc-shaped rotary bearings 16.
  • the collar 14 and the disc-shaped rotary bearings 16 enclose a cavity so that the first hinge 11 is hollow.
  • a first linear actuator 17 is arranged, which serves to pivot the upper arm 12 relative to the Schulterarmteil 08 via the first joint 11.
  • a first end 18 of the first linear actuator 17 is in a first
  • Swivel bearing 19 mounted, which sits firmly in the tubular base ⁇ body 09 of the Schulterarmmaschines 08.
  • a second end 20 of the first linear actuator 17 is mounted in a first lever 21 which is connected as an extension of the upper arm 12 fixed to the tubular body 13 of the upper arm 12 and within the sleeve 14 of the first
  • the rotary bearings 16 each include an inner ring 22 and an outer ring 23, the
  • the upper arm part 12 carries, via a second joint 24, a lower arm part 26, which is likewise essentially formed by a tubular basic body 27.
  • the second hinge 24 includes a sleeve 28 and two disc-shaped rotary bearings 29.
  • the sleeve 28 and the disc-shaped rotary Bearings 29 enclose a cavity so that the second hinge 24 is hollow.
  • a second linear actuator 31 is arranged, which serves to pivot the lower arm part 26 relative to the upper arm part 12 via the second joint 24.
  • a first end 32 of the second linear actuator 31 is mounted in a second Schwenkla ⁇ ger 33, which sits firmly in the tubular body 13 of the upper arm 12.
  • Linear actuator 31 is mounted in a second lever 36, which is connected as an extension of the lower arm part 26 fixed to the tubular body 27 of the lower arm part 26 and disposed within the sleeve 28 of the second joint 24.
  • the rotary bearings 29 of the second joint 24 each comprise an inner ring 37 and an outer ring 38, which are respectively fixedly connected to the tubular base body 13 of the upper arm part 12 and the tubular base body 27 of the lower arm part 26.
  • a second rotary drive 39 is arranged, with which the lower arm part 26 can be rotated relative to the upper arm part 12 in an axis extending longitudinally to the lower arm part 26.
  • the second rotary drive 39 comprises an electric motor ⁇ 41, a pinion 42 and a sprocket 43.
  • the lower arm part 26 carries, via a third joint 44, a hand root arm part 46, which is likewise essentially formed by a tubular basic body 47.
  • the third joint 44 a hand root arm part 46, which is likewise essentially formed by a tubular basic body 47.
  • Joint 44 includes two disc-shaped rotary bearings 48.
  • a third linear actuator 49 is arranged, which serves to pivot the carpal arm part 46 relative to the lower arm ⁇ part 26 via the third joint 44.
  • a first end 51 of the third linear actuator 49 is in a third
  • Swivel bearing 52 mounted, which sits firmly in the tubular body 27 of the forearm part 26.
  • a second end 53 of the third linear actuator 49 is connected to an inner ring 54 of the disc-shaped rotary bearing 48 of the third joint 44.
  • the inner ring 54 is fixed to the carpal arm
  • a third rotary drive 57 is arranged, with which the hand root arm 46 can be rotated in an axis extending to the carpal arm 46 axis relative to the lower arm 26, this rotation is not limited in number of revolutions.
  • 57 includes an electric motor 58, a pinion 59, and a ring gear 61.
  • the Handwurzelarmteil 46 opens into a gripper receptacle 62 to which a replaceable gripper (not shown) can be mounted.
  • the robot arm according to the invention can be used for cross-industry applications and provides assistance in industry, agriculture, construction inspection, defense, logistics, entertainment, the laboratory and other fields.
  • the robot arm according to the invention is basically also for medical applications suitable; for example as an assistant arm for guiding and
  • Biocompatible materials and / or surface coatings are preferably used for the robotic arm according to the invention.
  • the robot arm according to the invention shows a validity for all dimensions.
  • the construction and the concept of the robot arm according to the invention are scalable.
  • the robot arm according to the invention can be designed, for example for use in a temperature range between 10 ° C and 50 ° C, said temperature ⁇ tur Scheme can be extended by choice of materials and processing.
  • the robot arm according to the invention can be designed, for example, for use at a relative humidity of up to 60% or more, for example by using the

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  • Robotics (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Roboterarm mit einem drehbaren Fuß (01), einem Schulterarmteil (08), einem Oberarmteil (12), einem Unterarmteil (26) und einem Handwurzelarmteil (46). Der Schulterarmteil (08) und der Oberarmteil (12) sind über ein erstes Gelenk (11) miteinander verbunden. Zumindest der Schulterarmteil (08), der Oberarmteil (12) und der Unterarmteil (26) umfassen jeweils einen rohrförmigen tragenden Grundkörper (09, 13, 27), wobei in einem Inneren des rohrförmigen tragenden Grundkörpers (09) des Schulterarmteiles (08) ein erster Linearaktuator (17) angeordnet ist. Ein erstes Ende (18) des ersten Linearaktuators (17) steht mit dem Schulterarmteil (08) in einem Eingriff. Ein zweites Ende (20) des ersten Linearaktuators (17) steht mit dem Oberarmteil (12) in einem Eingriff. Im Weiteren betrifft die Erfindung eine Roboterarmeinheit mit zwei Roboterarmen.

Description

Roboterarm und Roboterarmeinheit
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Roboterarm mit mehreren Armteilen, welche jeweils über ein Gelenk miteinander verbunden sind. Im Weiteren betrifft die Erfindung eine Roboterarmeinheit mit zwei Roboterarmen.
Die WO 01/74548 AI zeigt einen Roboterarm, welcher sich durch eine geringe Masse und durch eine Konfigurierbarkeit auszeich¬ nen soll und insbesondere für mobile Roboter vorgesehen ist. Der Roboterarm umfasst ein Drehlager für eine Rotation um eine vertikale Achse und eine erste rekonfigurierbare Verbindung für Drehungen nach vorn und hinten um eine erste horizontale Achse. Eine zweite rekonfigurierbare Verbindung dient für
Drehungen um eine zweite horizontale Achse. Drei Motoren dienen zum Antrieb der beiden rekonfigurierbaren Verbindungen und zur Rotation um die vertikale Achse. In der US 5,413,454 ist ein mobiler Roboterarm beschrieben, welcher dazu ausgebildet ist, Objekte in unterschiedlichen Höhen zu greifen. Der Roboterarm weist einen Unterarm, einen Mittelarm und einen Vorderarm auf, die drehbar miteinander verbunden sind.
Die CN 101780673 B lehrt einen Roboterarm, welcher sich durch eine dünne und leichte Ausführung auszeichnen soll. Der Robo¬ terarm weist fünf Drehgelenke mit ähnlichen Strukturen auf, welche u. a. durch Reduzierstücke, Flansche, Motoren und Enco- der gebildet sind.
Die DE 20 2012 005 042 Ul zeigt eine Antriebsdose für einen tragbaren Leichtbau-Roboterarm, welcher eine Mehrzahl um eine oder mehrere Drehachsen beweglich miteinander verbundener Armabschnitte aufweist. Die Antriebsdose weist ein aus Metall bestehendes Gehäuse mit einer Befestigungseinrichtung zum Befestigen an dem Leichtbau-Roboterarm auf. In dem Roboterarm sind ein Leichtbau-Drehmomentservomotor zum Antrieb einer in dem Gehäuse gelagerten Antriebswelle, eine Winkellageerfas- sungseinrichtung und eine Haltebremse untergebracht.
Aus der US 8,160,743 B2 ist ein anthropomorpher medizinischer Roboterarm bekannt, welcher ein Basisende, ein erstes Armele¬ ment, eine Basisgelenkkupplung, ein zweites Armelement, eine mittlere Gelenkkupplung, ein Funktionsende, ein Gelenk am Funktionsende und mindestens eine selektiv betätigbare Bewe¬ gungssperre am Basisgelenk umfasst.
Die US 2015/0352727 AI zeigt einen Manipulator mit mehreren Armen, welche durch ein Zwischenelement rotierbar zueinander verbunden sind. Die Arme weisen eine zylindrische Form auf und sind teilweise hohl. In den Armen befinden sich Rotationsan- triebe und Schraubenführungen.
Die US 2016/0176044 AI lehrt eine Kabelführung in einem Roboterarm. Der Roboterarm ist rohrförmig, wobei im Inneren des Roboterarmes Linearaktuatoren angeordnet sind. Diese Linearak- tuatoren treiben über eine Kette eine Nabe an, was zu einem
Rotationsantrieb führt.
Aus der US 4,785,528 ist ein roboterartiges Positionierungs¬ system bekannt, welches einen antreibbaren Arm und einen nicht-antreibbaren Arm umfasst.
Die DE 100 32 203 AI zeigt ein Stereotaxiesystem mit mehreren gelenkig verbundenen Armteilen. Eine Mechanik des Stereotaxie- Systems umfasst mindestens fünf Stellachsen, denen Feineinsteil- und Arretiervorrichtungen zugeordnet sind.
In der DE 10 2014 116 103 AI ist ein Operations-Assistenz-Sys- tem beschrieben, bei welchem Linearantriebe in hohlen Roboterarmen angeordnet sind.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht ausgehend vom Stand der Technik darin, einen Roboterarm zur Verfügung zu stellen, der sich durch eine geringe Masse, durch eine hohe
Robustheit, durch einen geringen Energieverbrauch und durch eine hohe Sicherheit auszeichnet.
Die genannte Aufgabe wird gelöst durch einen Roboterarm gemäß dem beigefügten Anspruch 1 sowie durch eine Roboterarmeinheit gemäß dem beigefügten nebengeordneten Anspruch 15.
Der erfindungsgemäße Roboterarm dient zur Handhabung oder Manipulation eines Objektes. Der Roboterarm umfasst einen drehbaren Fuß, einen vom Fuß getragenen Schulterarmteil, einen vom Schulterarmteil getragenen Oberarmteil, einen vom Oberarmteil getragenen Unterarmteil, einen vom Unterarmteil getrage¬ nen Handwurzelarmteil und bevorzugt einen vom Handwurzelarm¬ teil getragenen Greifer, welche die Kraft und die Momente zur Handhabung bzw. Manipulation des Objektes übertragen können.
Der drehbare Fuß, der Schulterarmteil, der Oberarmteil, der Unterarmteil, der Handwurzelarmteil und ggf. der Greifer bilden eine kinematische Kette des Roboterarmes. Der Schulterarmteil und der Oberarmteil sind über ein erstes
Gelenk miteinander verbunden, sodass der Oberarmteil gegenüber dem Schulterarmteil um eine Achse verschwenkbar ist. Der Oberarmteil und der Unterarmteil sind über ein zweites Gelenk miteinander verbunden, sodass der Unterarmteil gegenüber dem Oberarmteil um eine Achse verschwenkbar ist. Der Unterarmteil und der Handwurzelarmteil sind über ein drit¬ tes Gelenk miteinander verbunden, sodass der Handwurzelarmteil gegenüber dem Unterarmteil um eine Achse verschwenkbar ist, welche bevorzugt senkrecht zu einer sich längs des Unterarm¬ teiles erstreckenden Achse und/oder senkrecht zu einer sich längs des Handwurzelarmteiles erstreckenden Achse ausgerichtet ist .
Zumindest der Schulterarmteil, der Oberarmteil und der Unter¬ armteil umfassen jeweils einen rohrförmigen tragenden Gründkörper. Die Rohrform ermöglicht eine hohe mechanische Belast¬ barkeit bei einer geringen Masse. Die durch den Schulterarmteil, den Oberarmteil und den Unterarmteil zu übertragenden Kräfte und Momente sind über die rohrförmigen Grundkörper übertragbar, sodass sie wie das erste Gelenk, das zweite
Gelenk und das dritte Gelenk Teile der kinematischen Kette des Roboterarmes bilden. Die rohrförmigen tragenden Grundkörper bilden jeweils eine Außenfläche bzw. eine Außenhaut des Schul¬ terarmteiles, des Oberarmteiles bzw. des Unterarmteiles. In einem Inneren des rohrförmigen tragenden Grundkörpers des
Schulterarmteiles ist ein erster Linearaktuator angeordnet, durch welchen eine Kraft erzeugbar ist, um den Schulterarmteil und den Oberarmteil zueinander über das erste Gelenk zu verschwenken. Der erste Linearaktuator weist eine Haupterstre- ckungsrichtung auf, die bevorzugt parallel zum rohrförmigen tragenden Grundkörper des Schulterarmteiles angeordnet ist. Der erste Linearaktuator erstreckt sich bevorzugt mindestens über die Hälfte der Länge des rohrförmigen Grundkörpers des Schulterarmteiles. Ein erstes Ende des ersten Linearaktuators steht mit dem Schulterarmteil in einem mechanischen Eingriff. Ein zweites Ende des ersten Linearaktuators steht mit dem Oberarmteil in einem mechanischen Eingriff. Die mit dem ersten Linearaktuator erzeugbare Kraft wirkt zwischen seinem ersten
Ende und seinem zweiten Ende. Ein Antreiben des ersten Linearaktuators führt dazu, dass sich der Abstand zwischen seinem ersten Ende und seinem zweiten Ende ändert. Ein Antreiben des ersten Linearaktuators führt somit dazu, dass eine Kraft zwischen dem Schulterarmteil und dem Oberarmteil wirkt, durch welche der Schulterarmteil und der Oberarmteil zueinander über das erste Gelenk verschwenkt werden. Der Roboterarm umfasst bevorzugt einen absoluten Drehlagensensor und/oder einen
Momentensensor zum Messen der Verschwenkung zwischen dem
Schulterarmteil und dem Oberarmteil.
In einem Inneren des rohrförmigen tragenden Grundkörpers des Oberarmteiles ist ein zweiter Linearaktuator angeordnet, durch welchen eine Kraft erzeugbar ist, um den Oberarmteil und den Unterarmteil zueinander über das zweite Gelenk zu verschwenken. Der zweite Linearaktuator weist eine Haupterstreckungs- richtung auf, die bevorzugt parallel zum rohrförmigen tragenden Grundkörper des Oberarmteiles angeordnet ist. Der zweite Linearaktuator erstreckt sich bevorzugt mindestens über die Hälfte der Länge des rohrförmigen Grundkörpers des Oberarmtei¬ les. Ein erstes Ende des zweiten Linearaktuators steht mit dem Oberarmteil in einem mechanischen Eingriff. Ein zweites Ende des zweiten Linearaktuators steht mit dem Unterarmteil in einem mechanischen Eingriff. Die mit dem zweiten Linearaktua- tor erzeugbare Kraft wirkt zwischen seinem ersten Ende und seinem zweiten Ende. Ein Antreiben des zweiten Linearaktuators führt dazu, dass sich der Abstand zwischen seinem ersten Ende und seinem zweiten Ende ändert. Ein Antreiben des zweiten Linearaktuators führt somit dazu, dass eine Kraft zwischen dem Oberarmteil und dem Unterarmteil wirkt, durch welche der Ober¬ armteil und der Unterarmteil zueinander über das zweite Gelenk verschwenkt werden. Der Roboterarm umfasst bevorzugt einen absoluten Drehlagensensor und/oder einen Momentensensor zum
Messen der Verschwenkung zwischen dem Oberarmteil und dem Unterarmteil .
In einem Inneren des rohrförmigen tragenden Grundkörpers des Unterarmteiles ist ein dritter Linearaktuator angeordnet, durch welchen eine Kraft erzeugbar ist, um den Unterarmteil und den Handwurzelarmteil zueinander über das dritte Gelenk zu verschwenken. Der dritte Linearaktuator weist eine Haupter- streckungsrichtung auf, die bevorzugt parallel zum rohrförmi- gen tragenden Grundkörper des Unterarmteiles angeordnet ist.
Der dritte Linearaktuator erstreckt sich bevorzugt mindestens über die Hälfte der Länge des rohrförmigen Grundkörpers des Unterarmteiles. Ein erstes Ende des dritten Linearaktuators steht mit dem Unterarmteil in einem mechanischen Eingriff. Ein zweites Ende des dritten Linearaktuators steht mit dem Hand¬ wurzelarmteil in einem mechanischen Eingriff. Die mit dem dritten Linearaktuator erzeugbare Kraft wirkt zwischen seinem ersten Ende und seinem zweiten Ende. Ein Antreiben des dritten Linearaktuators führt dazu, dass sich der Abstand zwischen seinem ersten Ende und seinem zweiten Ende ändert. Ein Antreiben des dritten Linearaktuators führt somit dazu, dass eine Kraft zwischen dem Unterarmteil und dem Handwurzelarmteil wirkt, durch welche der Unterarmteil und der Handwurzelarmteil zueinander über das dritte Gelenk verschwenkt werden. Der Roboterarm umfasst bevorzugt einen absoluten Drehlagensensor und/oder einen Momentensensor zum Messen der Verschwenkung zwischen dem Unterarmteil und dem Handwurzelarmteil. Der Schulterarmteil weist bevorzugt eine freie Drehbarkeit gegenüber dem Fuß in einer sich längs des Schulterarmteiles erstreckenden Achse auf. Diese freie Drehbarkeit ist bevorzugt mit einem ersten Feststellelement fixierbar. Somit ist der Schulterarmteil gegenüber dem Fuß in der sich längs des Schul¬ terarmteiles erstreckenden Achse manuell drehbar und manuell fixierbar. Entsprechend ist der Schulterarmteil mit dem vom Schulterarmteil getragenen Oberarmteil bis hin zum getragenen Handwurzelarmteil durch eine Drehung in dieser Achse manuell justierbar und es ist kein automatischer Antrieb für diese
Drehung erforderlich. Bevorzugt weist der Roboterarm keinen für diese Drehung ausgebildeten automatischen Antrieb auf. Das erste Feststellelement ist bevorzugt dazu ausgebildet, die beschriebene Drehung stufenlos oder in Stufen zu fixieren. Der Roboterarm weist bevorzugt einen absoluten Drehlagensensor zur
Messung der Drehposition des Schulterarmteiles gegenüber dem Fuß in der beschriebenen Achse auf.
Das Oberarmteil weist bevorzugt eine freie Drehbarkeit gegen- über dem Schulterarmteil in einer sich längs des Oberarmteiles erstreckenden Achse auf. Diese freie Drehbarkeit ist bevorzugt mit einem zweiten Feststellelement fixierbar. Somit ist der Oberarmteil gegenüber dem Schulterarmteil in der sich längs des Oberarmteiles erstreckenden Achse manuell drehbar und manuell fixierbar. Entsprechend ist der Oberarmteil mit dem vom Oberarmteil getragenen Unterarmteil bis hin zum getragenen Handwurzelarmteil durch eine Drehung in dieser Achse manuell justierbar und es ist kein automatischer Antrieb für diese Drehung erforderlich. Bevorzugt weist der Roboterarm keinen für diese Drehung ausgebildeten automatischen Antrieb auf. Das zweite Feststellelement ist bevorzugt dazu ausgebildet, die beschriebene Drehung stufenlos oder in Stufen zu fixieren. Der Roboterarm weist bevorzugt einen absoluten Drehlagensensor zur Messung der Drehposition des Oberarmteiles gegenüber dem
Schulterarmteil in der beschriebenen Achse auf.
Ein besonderer Vorteil des erfindungsgemäßen Roboterarmes besteht darin, dass für zwei der Freiheitsgrade kein automati¬ scher Antrieb erforderlich ist. Die Linearaktuatoren, die Drehbarkeit des Fußes und die Freiheitsgrade des Handwurzel¬ armteiles ermöglichen bereits eine freie Bewegung des Handwur¬ zelarmteiles im Raum. Da der Roboterarm aufgrund seiner rohr- förmigen tragenden Grundkörper ohne zusätzliche tragende
Elemente sehr leicht ausgeführt werden kann, können die beschriebene Drehung des Schulterarmteiles gegenüber dem Fuß und die beschriebene Drehung des Oberarmteiles gegenüber dem Schulterarmteil bei Bedarf manuell ausgeführt werden, um den Roboterarm in eine für die Ausführung der Bewegungsaufgabe optimale Ausgangsposition zu bringen, aus welcher er alle gewünschten Bewegungen ausführen bzw. Positionen einnehmen kann . Ein weiterer besonderer Vorteil des erfindungsgemäßen Roboterarmes besteht darin, dass die rohrförmigen Grundkörper des Schulterarmteiles, des Oberarmteiles und des Unterarmteiles eine den ersten, zweiten und dritten Linearaktuator umschließende Außenhülle des Schulterarmteiles, des Oberarmteiles und des Unterarmteiles bilden und gleichzeitig eine tragende Funk¬ tion übernehmen. Somit weisen der Schulterarmteil, der Oberarmteil und der Unterarmteil außer den rohrförmigen Grund¬ körpern keine tragenden Elemente auf. Der Roboterarm ist schlank, leicht, robust und sicher ausführbar.
Die sich längs des Schulterarmteiles erstreckende Achse und die sich längs des Oberarmteiles erstreckende Achse liegen bevorzugt in einer Ebene. Die sich längs des Oberarmteiles erstreckende Achse und die sich längs des Unterarmteiles erstreckende Achse liegen bevorzugt in einer Ebene. Die sich längs des Schulterarmteiles erstreckende Achse, die sich längs des Oberarmteiles erstreckende Achse und die sich längs des Unterarmteiles erstreckende Achse liegen bevorzugt in einer
Ebene. Bei der sich längs des Schulterarmteiles erstreckenden Achsen, bei der sich längs des Oberarmteiles erstreckenden Achse und bei der sich längs des Unterarmteiles erstreckenden Achse handelt es sich bevorzugt jeweils um eine mittlere
Längsachse des jeweiligen Armteiles.
Der Fuß, das erste Gelenk, das zweite Gelenk und/oder das dritte Gelenk sind bevorzugt hohl ausgebildet. Somit erstreckt sich bevorzugt ein Hohlraum durch das Innere des hohlen Fußes, des rohrförmigen Grundkörpers des Schulterarmteiles, des hohlen ersten Gelenkes, des rohrförmigen Grundkörpers des Oberarmteiles, des hohlen zweiten Gelenkes, des rohrförmigen Grundkörpers des Unterarmteiles und ggf. des hohlen dritten Gelenkes. Der Hohlraum ist bevorzugt staubdicht, wasserdicht, spritzwasserdicht und/oder luftdicht abgedichtet. Der Hohlraum ist bevorzugt mit einem Schutzgas gefüllt.
Der Roboterarm ist gemäß dem Exoskelettprinzip ausgebildet. Das Exoskelett wird durch die rohrförmigen Grundkörper des Schulterarmteiles, des Oberarmteiles und des Unterarmteiles sowie ggf. auch durch das hohle erste Gelenk, das hohle zweite Gelenk und/oder das hohle dritte Gelenk gebildet.
Das erste Gelenk weist eine Gelenkachse auf, welche eine Achse der Verschwenkung bzw. Drehung zwischen dem Schulterarmteil und dem Oberarmteil bildet. Diese Gelenkachse ist bevorzugt senkrecht zu einer Parallelen zu der mittleren sich längs des Schulterarmteiles erstreckenden Achse und senkrecht zu einer Parallelen zu der mittleren sich längs des Oberarmteiles erstreckenden Achse angeordnet. Die Gelenkachse ist bevorzugt beabstandet von der mittleren sich längs des Schulterarmteiles erstreckenden Achse und beabstandet von der mittleren sich längs des Oberarmteiles erstreckenden Achse angeordnet. Diese
Anordnung weist den Vorteil auf, dass der Schulterarmteil und der Oberarmteil bis zu einem Winkel von 0° oder nahe 0° aufei¬ nander zu geschwenkt werden können, ohne dass der rohrförmige tragende Grundkörper des Schulterarmteiles und der rohrförmige tragende Grundkörper des Oberarmteiles aufeinandertreffen und diese Schwenkbewegung begrenzen. Die Gelenkachse weist einen Abstand von der mittleren sich längs des Schulterarmteiles erstreckenden Achse auf, welcher bevorzugt mindestens so groß wie ein äußerer Radius des rohrförmigen tragenden Grundkörpers des Schulterarmteiles ist. Ebenso weist die Gelenkachse einen
Abstand von der mittleren sich längs des Oberarmteiles erstre¬ ckenden Achse auf, welcher bevorzugt mindestens so groß wie ein äußerer Radius des rohrförmigen tragenden Grundkörpers des Oberarmteiles ist. Hierdurch ist gewährleistet, dass der
Schulterarmteil und der Oberarmteil bis zu einem Winkel von 0° aufeinander zu geschwenkt werden können. Der äußere Radius des rohrförmigen tragenden Grundkörpers des Schulterarmteiles und der äußere Radius des rohrförmigen tragenden Grundkörpers des Oberarmteiles sind bevorzugt gleich groß.
Das erste Gelenk weist bevorzugt eine erste Gelenkwandung auf, welche den durch das hohle erste Gelenk gebildeten Hohlraum umschließt. In der ersten Gelenkwandung ist bevorzugt mindes¬ tens ein erstes rotatives Lager mit einem ersten Innenring und mit einem ersten Außenring ausgebildet. Der erste Innenring und der erste Außenring sind jeweils scheibenförmig ausgebil¬ det. Das erste rotative Lager ist bevorzugt durch ein Gleitla¬ ger oder durch ein Wälzlager gebildet. Der erste Innenring ist fest mit einem der beiden durch den Schulterarmteil und den Oberarmteil gebildeten Armteile verbunden, während der erste Außenring fest mit dem anderen der beiden durch den Schulterarmteil und den Oberarmteil gebildeten Armteile verbunden ist Bevorzugt sind zwei der ersten rotativen Lager in der ersten
Gelenkwandung ausgebildet. Die beiden ersten rotativen Lager weisen bevorzugt eine gleiche Drehachse auf und sind auf der Drehachse axial beabstandet angeordnet. Der axiale Abstand gleicht bevorzugt einem äußeren Durchmesser der rohrförmigen tragenden Grundkörper des Schulterarmteiles und des Oberarmteiles.
Die erste Gelenkwandung umfasst bevorzugt weiterhin eine erste flexible Manschette, welche den durch das hohle erste Gelenk gebildeten Hohlraum bis an die rohrförmigen Grundkörper des
Schulterarmteiles und des Oberarmteiles und bis an das mindes¬ tens eine erste rotative Lager umschließt.
Bei bevorzugten Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Robo- terarmes ist der sich durch die Grundkörper des Schulterarmteiles und des Oberarmteiles und über das erste Gelenk erstre¬ ckende Hohlraum staubdicht abgedichtet. Bei weiteren bevorzug¬ ten Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Roboterarmes ist der sich durch die Grundkörper des Schulterarmteiles und des Oberarmteiles und über das erste Gelenk erstreckende Hohlraum wasserdicht oder zumindest spritzwasserdicht abgedichtet. Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Roboterarmes ist der sich durch die Grundkörper des Schulterarmteiles und des Oberarmteiles und über das erste Gelenk erstreckende Hohlraum luftdicht abgedichtet. Der sich durch die Grundkörper des Schulterarmteiles und des Oberarmteiles und über das erste Gelenk erstreckende Hohlraum ist bevorzugt mit einem Schutzgas gefüllt. Das erste Ende des ersten Linearaktuators ist bevorzugt in einem ersten Schwenklager gegenüber dem Schulterarmteil gelagert, sodass der erste Linearaktuator während des Antreibens der durch das Antreiben bewirkten Auslenkung folgen kann. Das erste Schwenklager ist bevorzugt an einer Innenwand des rohr¬ förmigen Grundkörpers des Schulterarmteiles befestigt.
Das zweite Ende des ersten Linearaktuators ist bevorzugt an einem am rohrförmigen Grundkörper des Oberarmteiles befestigten ersten Hebel des Oberarmteiles gelagert. Der erste Hebel erstreckt sich bevorzugt bis in den Hohlraum des hohlen ersten Gelenkes. Das zweite Ende des ersten Linearaktuators ist bevorzugt innerhalb des Hohlraumes des hohlen ersten Gelenkes am ersten Hebel gelagert.
Alternativ bevorzugt ist das erste Ende des ersten Linearaktu¬ ators fest gegenüber dem Schulterarmteil angeordnet, wobei das zweite Ende des ersten Linearaktuators in einem ersten
Schwenkhebel des Oberarmteiles gelagert ist, welcher im rohr¬ förmigen tragenden Grundkörper des Oberarmteiles oder in einem am rohrförmigen tragenden Grundkörper des Oberarmteiles befestigten ersten Hebel des Oberarmteiles gelagert ist. Bei bevorzugten Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Roboterarmes kann der Oberarmteil gegenüber dem Schulterarmteil über das erste Gelenk geschwenkt werden, auch wenn der erste Linearaktuator sich in einem antriebslosen Zustand befindet. Hierfür ist ein Mindestmoment zwischen dem Oberarmteil und dem Schulterarmteil manuell aufzubringen.
Der erfindungsgemäße Roboterarm umfasst weiterhin eine Senso- rik zur Messung der Verschwenkung des Oberarmteiles gegenüber dem Schulterarmteil, welche in dem sich durch die Grundkörper des Schulterarmteiles und des Oberarmteiles und über das erste Gelenk erstreckenden Hohlraum angeordnet ist. Die Sensorik ist bevorzugt mit einer Steuerungselektronik elektrisch verbunden. Elektrische Verbindungen sind ebenfalls bevorzugt in dem sich durch die Grundkörper des Schulterarmteiles und des Oberarm¬ teiles und über das erste Gelenk erstreckenden Hohlraum angeordnet . Das zweite Gelenk weist eine Gelenkachse auf, welche eine
Achse der Verschwenkung bzw. Drehung zwischen dem Oberarmteil und dem Unterarmteil bildet. Diese Gelenkachse ist bevorzugt senkrecht zu einer Parallelen zu der mittleren sich längs des Oberarmteiles erstreckenden Achse und senkrecht zu einer
Parallelen zu der mittleren sich längs des Unterarmteiles erstreckenden Achse angeordnet. Die Gelenkachse ist bevorzugt beabstandet von der mittleren sich längs des Oberarmteiles erstreckenden Achse und beabstandet von der mittleren sich längs des Unterarmteiles erstreckenden Achse angeordnet. Diese Anordnung weist den Vorteil auf, dass der Oberarmteil und der
Unterarmteil bis zu einem Winkel von 0° oder nahe 0° aufeinan¬ der zu geschwenkt werden können, ohne dass der rohrförmige tragende Grundkörper des Oberarmteiles und der rohrförmige tragende Grundkörper des Unterarmteiles aufeinandertreffen und diese Schwenkbewegung begrenzen. Die Gelenkachse weist einen
Abstand von der mittleren sich längs des Oberarmteiles erstre¬ ckenden Achse auf, welcher bevorzugt mindestens so groß wie ein äußerer Radius des rohrförmigen tragenden Grundkörpers des Oberarmteiles ist. Ebenso weist die Gelenkachse einen Abstand von der mittleren sich längs des Unterarmteiles erstreckenden
Achse auf, welcher bevorzugt mindestens so groß wie ein äuße¬ rer Radius des rohrförmigen tragenden Grundkörpers des Unterarmteiles ist. Hierdurch ist gewährleistet, dass der Oberarm- teil und der Unterarmteil bis zu einem Winkel von 0° aufeinan¬ der zu geschwenkt werden können. Der äußere Radius des rohr¬ förmigen tragenden Grundkörpers des Oberarmteiles und der äußere Radius des rohrförmigen tragenden Grundkörpers des Unterarmteiles sind bevorzugt gleich groß.
Das zweite Gelenk weist bevorzugt eine zweite Gelenkwandung auf, welche den durch das hohle zweite Gelenk gebildeten Hohlraum umschließt. In der zweiten Gelenkwandung ist bevorzugt mindestens ein zweites rotatives Lager mit einem zweiten
Innenring und mit einem zweiten Außenring ausgebildet. Der zweite Innenring und der zweite Außenring sind jeweils schei¬ benförmig ausgebildet. Das zweite rotative Lager ist bevorzugt durch ein Gleitlager oder durch ein Wälzlager gebildet. Der zweite Innenring ist fest mit einem der beiden durch den Oberarmteil und den Unterarmteil gebildeten Armteile verbunden, während der zweite Außenring fest mit dem anderen der beiden durch den Oberarmteil und den Unterarmteil gebildeten Armteile verbunden ist. Bevorzugt sind zwei der zweiten rotativen Lager in der zweiten Gelenkwandung ausgebildet. Die beiden zweiten rotativen Lager weisen bevorzugt eine gleiche Drehachse auf und sind auf der Drehachse axial beabstandet angeordnet. Der axiale Abstand gleicht bevorzugt einem äußeren Durchmesser der rohrförmigen tragenden Grundkörper des Oberarmteiles und des Unterarmteiles.
Die zweite Gelenkwandung umfasst bevorzugt weiterhin eine zweite flexible Manschette, welche den durch das hohle zweite Gelenk gebildeten Hohlraum bis an die rohrförmigen Grundkörper des Oberarmteiles und des Unterarmteiles und bis an das mindestens eine zweite rotative Lager umschließt. Bei bevorzugten Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Roboterarmes ist der sich durch die Grundkörper des Oberarmteiles und des Unterarmteiles und über das zweite Gelenk erstreckende Hohlraum staubdicht abgedichtet. Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Roboterarmes ist der sich durch die Grundkörper des Oberarmteiles und des Unterarmteiles und über das zweite Gelenk erstreckende Hohlraum wasserdicht oder zumindest spritzwasserdicht abgedichtet. Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Roboterarmes ist der sich durch die Grundkörper des Oberarmteiles und des Unterarmteiles und über das zweite Gelenk erstreckende Hohlraum luftdicht abgedichtet. Der sich durch die Grundkörper des Oberarmteiles und des Unterarmteiles und über das zweite Gelenk erstreckende Hohlraum ist bevorzugt mit einem Schutzgas gefüllt.
Das erste Ende des zweiten Linearaktuators ist bevorzugt in einem zweiten Schwenklager gegenüber dem Oberarmteil gelagert, sodass der zweite Linearaktuator während des Antreibens der durch das Antreiben bewirkten Auslenkung folgen kann. Das zweite Schwenklager ist bevorzugt an einer Innenwand des rohr¬ förmigen Grundkörpers des Oberarmteiles befestigt.
Das zweite Ende des zweiten Linearaktuators ist bevorzugt an einem am rohrförmigen Grundkörper des Unterarmteiles befestigten zweiten Hebel des Unterarmteiles gelagert. Der zweite Hebel erstreckt sich bevorzugt bis in den Hohlraum des hohlen zweiten Gelenkes. Das zweite Ende des zweiten Linearaktuators ist bevorzugt innerhalb des Hohlraumes des hohlen zweiten Gelenkes am zweiten Hebel gelagert.
Alternativ bevorzugt ist das erste Ende des zweiten Linearak¬ tuators fest gegenüber dem Oberarmteil angeordnet, wobei das zweite Ende des zweiten Linearaktuators in einem zweiten
Schwenkhebel des Unterarmteiles gelagert ist, welcher im rohr¬ förmigen tragenden Grundkörper des Unterarmteiles oder in einem am rohrförmigen tragenden Grundkörper des Unterarmteiles befestigten zweiten Hebel des Unterarmteiles gelagert ist.
Bei bevorzugten Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Robo terarmes kann der Unterarmteil gegenüber dem Oberarmteil übe das zweite Gelenk geschwenkt werden, auch wenn der zweite Linearaktuator sich in einem antriebslosen Zustand befindet. Hierfür ist ein Mindestmoment zwischen dem Unterarmteil und dem Oberarmteil manuell aufzubringen.
Der erfindungsgemäße Roboterarm umfasst weiterhin eine Senso- rik zur Messung der Verschwenkung des Unterarmteiles gegenüber dem Oberarmteil, welche in dem sich durch die Grundkörper des Oberarmteiles und des Unterarmteiles und über das zweite
Gelenk erstreckenden Hohlraum angeordnet ist. Die Sensorik ist bevorzugt mit der Steuerungselektronik elektrisch verbunden. Elektrische Verbindungen sind ebenfalls bevorzugt in dem sich durch die Grundkörper des Oberarmteiles und des Unterarmteiles und über das zweite Gelenk erstreckenden Hohlraum angeordnet.
Das erste Ende des dritten Linearaktuators ist bevorzugt in einem dritten Schwenklager gegenüber dem Unterarmteil gelagert, sodass der dritte Linearaktuator während des Antreibens der durch das Antreiben bewirkten Auslenkung folgen kann. Das dritte Schwenklager ist bevorzugt an einer Innenwand des rohr¬ förmigen Grundkörpers des Unterarmteiles befestigt.
Bei bevorzugten Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Roboterarmes kann der Handwurzelarmteil gegenüber dem Unterarmteil über das dritte Gelenk geschwenkt werden, auch wenn der dritte Linearaktuator sich in einem antriebslosen Zustand befindet. Hierfür ist ein Mindestmoment zwischen dem Handwurzelarmteil und dem Unterarmteil manuell aufzubringen. Der erfindungsgemäße Roboterarm umfasst weiterhin eine Senso- rik zur Messung der Verschwenkung des Handwurzelarmteiles gegenüber dem Unterarmteil. Die Sensorik ist bevorzugt mit der Steuerungselektronik elektrisch verbunden. Elektrische Verbindungen sind ebenfalls bevorzugt in dem sich durch den Grund- körper des Unterarmteiles erstreckenden Hohlraum angeordnet.
Der erste Linearaktuator, der zweite Linearaktuator und/oder der dritte Linearaktuator ist bevorzugt hydraulisch, pneumatisch oder elektrisch antreibbar. Der erste Linearaktuator, der zweite Linearaktuator und/oder der dritte Linearaktuator ist bevorzugt durch eine Elektromotor-Spindel-Kombination gebildet. Der erste Linearaktuator, der zweite Linearaktuator und/oder der dritte Linearaktuator ist bevorzugt elektrisch steuerbar .
Der erfindungsgemäße Roboterarm umfasst weiterhin eine Steue¬ rungselektronik zur Ansteuerung des ersten Linearaktuators , des zweiten Linearaktuators und/oder des dritten Linearaktua¬ tors, welche in dem sich durch die Grundkörper des Schulter- armteiles, des Oberarmteiles und/oder des Unterarmteiles und über das erste Gelenk, das zweite Gelenk bzw. das dritte
Gelenk erstreckenden Hohlraum angeordnet ist. Die Steuerungselektronik ist bevorzugt dazu ausgebildet, definierte Bewegungen des Schulterarmteiles, des Oberarmteiles und/oder des Unterarmteiles zu veranlassen. Insbesondere befindet sich im Roboterarm eine Steuerungselektronik zur Ansteuerung der Linearaktuatoren, zur Erfassung der Sensordaten und zur Kommunikation mit einer Master-Steuereinheit (z.B. ein Mikro PC), vorzugsweise über ein Bus-System. Die Master-Steuereinheit kann extern angeordnet sein oder mit im Roboterarm integriert sein . Die Drehbarkeit des drehbaren Fußes ist bevorzugt in einer vertikalen Achse gegeben. Der Roboterarm weist bevorzugt einen ersten Drehantrieb zum Drehen des Fußes in dieser Achse auf. Der erste Drehantrieb dient bevorzugt zum Drehen des Fußes gegenüber einer Grundplatte. Der Fuß umfasst bevorzugt einen Drehlagensensor und/oder einen Momentensensor, um die Drehung messen zu können. Der erste Drehantrieb ist bevorzugt durch einen Elektromotor oder durch einen pneumatischen oder hydraulischen Motor gebildet. Der erste Drehantrieb ist bevorzugt durch eine Kombination aus einem Elektromotor, einem Ritzel und einem Zahnkranz mit Innenverzahnung gebildet.
Der Unterarmteil ist bevorzugt in einer sich längs des Unter¬ armteiles erstreckenden Achse gegenüber dem Oberarmteil drehbar. Der Roboterarm weist bevorzugt einen absoluten Drehlagen- sensor zur Messung der Drehposition des Unterarmteiles gegenüber dem Oberarmteil in der beschriebenen Achse auf. Der Roboterarm weist bevorzugt einen zweiten Drehantrieb zum Drehen des Unterarmteiles gegenüber dem Oberarmteil in der sich längs des Unterarmteiles erstreckenden Achse auf. Der zweite Drehan- trieb ist bevorzugt durch einen Elektromotor oder durch einen pneumatischen oder hydraulischen Motor gebildet. Der zweite Drehantrieb ist bevorzugt durch eine Kombination aus einem Elektromotor, einem Ritzel und einem Zahnkranz mit Innenverzahnung gebildet. Der Zahnkranz ist bevorzugt auf einer Innen- fläche des rohrförmigen Grundkörpers des Unterarmteiles oder des Oberarmteiles ausgebildet. Der Handwurzelarmteil ist bevorzugt in einer sich längs des Handwurzelarmteiles erstreckenden Achse gegenüber dem Unterarmteil drehbar. Der Roboterarm weist bevorzugt einen dritten Drehantrieb zum Drehen des Handwurzelarmteiles gegenüber dem Unterarmteil in der sich längs des Handwurzelarmteiles erstre¬ ckenden Achse auf. Der dritte Drehantrieb ist bevorzugt dazu ausgebildet, den Handwurzelarmteil um mehr als eine Umdrehung gegenüber dem Unterarmteil zu drehen. Der dritte Drehantrieb ist bevorzugt durch einen Elektromotor oder durch einen pneu- matischen oder hydraulischen Motor gebildet. Der dritte Drehantrieb ist bevorzugt durch eine Kombination aus einem Elekt¬ romotor, einem Ritzel und einem Zahnkranz mit Innenverzahnung gebildet. Der Zahnkranz ist bevorzugt auf einer Innenfläche des rohrförmigen Grundkörpers des Handwurzelarmteiles oder des Unterarmteiles ausgebildet.
Der Greifer ist bevorzugt in einer sich längs des Greifers erstreckenden Achse gegenüber dem Handwurzelarmteil drehbar. Der Roboterarm weist bevorzugt einen vierten Drehantrieb zum Drehen des Greifers gegenüber dem Handwurzelarmteil in der sich längs des Greifers erstreckenden Achse auf. Der vierte Drehantrieb ist bevorzugt dazu ausgebildet, den Greifer um mehr als eine Umdrehung gegenüber dem Handwurzelarmteil zu drehen. Der vierte Drehantrieb ist bevorzugt durch einen
Elektromotor oder durch einen pneumatischen oder hydraulischen
Motor gebildet. Der vierte Drehantrieb ist bevorzugt durch eine Kombination aus einem Elektromotor, einem Ritzel und einem Zahnkranz mit Innenverzahnung gebildet. Der Greifer umfasst bevorzugt mindestens zwei Greiferfinger, die mit einem Greiferfingerantrieb aufeinander zu und vonei¬ nander weg bewegt werden können, sodass Objekte mit dem Grei¬ fer gegriffen werden können. Der Greifer umfasst bevorzugt einen mechanischen Fixierungsmechanismus zum Fixieren bzw. Verriegeln der Greiferfinger.
Der Greifer ist bevorzugt austauschbar, um verschiedene ange- passte Greifer verwenden zu können. Der Roboterarm weist bevorzugt eine kontaktlose elektrische Schnittstelle zum elektrischen Anschluss des Greifers auf. Die kontaktlose elektrische Schnittstelle ist zur Übertragung von elektrischer Energie und Daten ausgebildet.
Der Roboterarm umfasst bevorzugt eine Kamera zur optischen Erfassung von zu handhabenden bzw. zu manipulierenden Objekten. Die Kamera ist bevorzugt an dem Handwurzelarmteil befes¬ tigt. Die Kamera umfasst bevorzugt ein Mikrofon zur Erfassung akustischer Ereignisse im Bereich der zu handhabenden bzw. zu manipulierenden Objekte.
Der Roboterarm umfasst bevorzugt eine Beleuchtungseinheit zur Beleuchtung von zu handhabenden bzw. zu manipulierenden Objek- ten. Die Beleuchtungseinheit ist bevorzugt an dem Handwurzel¬ armteil befestigt. Die Beleuchtungseinheit ist bevorzugt durch einen LED-Scheinwerfer gebildet.
Der Roboterarm umfasst bevorzugt Kraftsensoren am Handwurzel- armteil. Die Kraftsensoren sind bevorzugt umfänglich um den
Handwurzelarmteil angeordnet, sodass sie diesen axial umhül¬ len. Die Kraftsensoren dienen zur Messung einer von außen auf den Handwurzelarmteil wirkenden Druckkraft, sodass beispiels¬ weise haptische Funktionen realisiert werden können. Die
Kraftsensoren sind bevorzugt segmentiert.
Der Roboterarm umfasst bevorzugt eine inertiale Messeinheit, welche bevorzugt im Handwurzelarmteil angeordnet ist. Die inertiale Messeinheit umfasst bevorzugt drei Beschleunigungs¬ sensoren, mit denen die Beschleunigungen in die drei Raumrichtungen gemessen werden können. Die inertiale Messeinheit umfasst bevorzugt drei Gyrosensoren, mit denen die Drehbewe- gungen um die drei Raumrichtungen gemessen werden können.
Der Roboterarm umfasst bevorzugt ein Koppelelement zum Ankop¬ peln eines zweiten Roboterarmes. Das Koppelelement ist bevor¬ zugt am Handwurzelarmteil befestigt. Das Koppelelement ist bevorzugt dazu ausgebildet, an ein gleiches Koppelelement, welches an einem Handwurzelarmteil des zweiten Roboterarmes befestigt ist, angekoppelt zu werden. Das Koppelelement ist bevorzugt elektromechanisch ausgebildet. Der Roboterarm umfasst bevorzugt einen Gas- und/oder Fluidan- schluss. Der Gas- und/oder Fluidanschluss mündet bevorzugt in den durch die rohrförmigen Grundkörper und durch die Gelenke gebildeten Hohlraum. Der Gas- und/oder Fluidanschluss ist bevorzugt zur Durchleitung von Druckluft, Schutzgas und/oder Wasser ausgebildet. Insbesondere dient ein erster mit Druck¬ luft oder Fluid versorgter Leitungsanschluss zur Aktuierung des Greifers oder eines mechanischen Koppelmechanismus (durch¬ drehbare Verbindung zwischen Greiferaufnahme und Handwurzel) , wobei dieser erste Leitungsanschluss auch zur Durchleitung von Gas (Luft) oder Fluid z. B. zur Reinigung von Objekten verwendet werden kann. Über den ersten Leitungsanschluss kann auch ein Vakuum angeschlossen werden, um z. B. einen Sauggreifer zu betreiben. Über einen optionalen zweiten Leitungsanschluss, der in der Handwurzel endet, kann ein Schutzgas oder Luft zum Spülen des Innenraumes des Roboterarms oder zur Erzeugung eines Überdrucks im Roboterarm verwendet werden. Die Steuerungseinheit ist bevorzugt dazu ausgebildet, defi¬ nierte Bewegungen der Armteile zu veranlassen und mithilfe der Sensoren die Bewegung des Roboterarmes bei möglichen Kollisio¬ nen in einen vordefinierten Bewegungszustand zu überführen. Der vordefinierte Bewegungszustand ist bevorzugt durch einen
Bewegungsstopp gebildet.
Die erfindungsgemäße Roboterarmeinheit umfasst mindestens zwei erfindungsgemäße Roboterarme, welche an ihren Handwurzelarm- teilen miteinander verkoppelt sind. Mit der erfindungsgemäßen
Roboterarmeinheit können hohe Kräfte und Momente an deren Greifern erzeugt werden. Die erfindungsgemäße Roboterarmeinheit umfasst bevorzugt zwei der beschriebenen bevorzugten Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Roboterarms; insbeson- dere Ausführungsformen mit jeweils einem Koppelelement am
Handwurzelarmteil. Die Verkopplung ist bevorzugt elektromecha- nisch .
Weitere Vorteile, Einzelheiten und Weiterbildungen der Erfin- dung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung, unter Bezugnahme auf die Zeichnung.
Die einzige Figur zeigt eine bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Roboterarmes in einer Schnittdarstellung.
Der Roboterarm umfasst einen Fuß Ol, welcher drehbar auf einer Grundplatte 02 gelagert ist. Der Fuß Ol kann mithilfe eines ersten Drehantriebes 03 gegenüber der Grundplatte 02 um eine vertikale Achse gedreht werden. Der erste Drehantrieb 03 umfasst einen Elektromotor 04, ein Ritzel 06 und einen Zahnkranz 07. Der Fuß Ol trägt einen Schulterarmteil 08, welcher im Wesent¬ lichen durch einen rohrförmigen Grundkörper 09 gebildet ist. Der Schulterarmteil 08 trägt über ein erstes Gelenk 11 einen Oberarmteil 12, welcher ebenso im Wesentlichen durch einen rohrförmigen Grundkörper 13 gebildet ist. Das erste Gelenk 11 umfasst eine Manschette 14 und zwei scheibenförmige rotative Lager 16. Die Manschette 14 und die scheibenförmigen rotativen Lager 16 umschließen einen Hohlraum, sodass das erste Gelenk 11 hohl ausgebildet ist.
In einem Inneren des rohrförmigen Grundkörpers 09 des Schul¬ terarmteiles 08 ist ein erster Linearaktuator 17 angeordnet, der dazu dient, den Oberarmteil 12 gegenüber dem Schulterarmteil 08 über das erste Gelenk 11 zu verschwenken. Ein erstes Ende 18 des ersten Linearaktuators 17 ist in einem ersten
Schwenklager 19 gelagert, welches fest im rohrförmigen Grund¬ körper 09 des Schulterarmteiles 08 sitzt. Ein zweites Ende 20 des ersten Linearaktuators 17 ist in einem ersten Hebel 21 gelagert, welcher als Verlängerung des Oberarmteiles 12 fest mit dem rohrförmigen Grundkörper 13 des Oberarmteiles 12 verbunden ist und innerhalb der Manschette 14 des ersten
Gelenkes 11 angeordnet ist. Die rotativen Lager 16 umfassen jeweils einen Innenring 22 und einen Außenring 23, die
entsprechend jeweils mit dem rohrförmigen Grundkörper 09 des Schulterarmteiles 08 bzw. dem rohrförmigen Grundkörper 13 des
Oberarmteiles 12 fest verbunden sind.
Der Oberarmteil 12 trägt über ein zweites Gelenk 24 einen Unterarmteil 26, welcher ebenso im Wesentlichen durch einen rohrförmigen Grundkörper 27 gebildet ist. Das zweite Gelenk 24 umfasst eine Manschette 28 und zwei scheibenförmige rotative Lager 29. Die Manschette 28 und die scheibenförmigen rotativen Lager 29 umschließen einen Hohlraum, sodass das zweite Gelenk 24 hohl ausgebildet ist.
In einem Inneren des rohrförmigen Grundkörpers 13 des Oberarm- teiles 12 ist ein zweiter Linearaktuator 31 angeordnet, der dazu dient, den Unterarmteil 26 gegenüber dem Oberarmteil 12 über das zweite Gelenk 24 zu verschwenken. Ein erstes Ende 32 des zweiten Linearaktuators 31 ist in einem zweiten Schwenkla¬ ger 33 gelagert, welches fest im rohrförmigen Grundkörper 13 des Oberarmteiles 12 sitzt. Ein zweites Ende 34 des zweiten
Linearaktuators 31 ist in einem zweiten Hebel 36 gelagert, welcher als Verlängerung des Unterarmteiles 26 fest mit dem rohrförmigen Grundkörper 27 des Unterarmteiles 26 verbunden ist und innerhalb der Manschette 28 des zweiten Gelenkes 24 angeordnet ist. Die rotativen Lager 29 des zweiten Gelenkes 24 umfassen jeweils einen Innenring 37 und einen Außenring 38, die entsprechend jeweils mit dem rohrförmigen Grundkörper 13 des Oberarmteiles 12 bzw. dem rohrförmigen Grundkörper 27 des Unterarmteiles 26 fest verbunden sind.
In einem Inneren des rohrförmigen Grundkörpers 27 des Unterarmteiles 26 ist ein zweiter Drehantrieb 39 angeordnet, mit welchem der Unterarmteil 26 in einer längs zum Unterarmteil 26 verlaufenden Achse gegenüber dem Oberarmteil 12 verdreht werden kann. Der zweite Drehantrieb 39 umfasst einen Elektro¬ motor 41, ein Ritzel 42 und einen Zahnkranz 43.
Der Unterarmteil 26 trägt über ein drittes Gelenk 44 einen Handwurzelarmteil 46, welcher ebenso im Wesentlichen durch einen rohrförmigen Grundkörper 47 gebildet ist. Das dritte
Gelenk 44 umfasst zwei scheibenförmige rotative Lager 48. In einem Inneren des rohrförmigen Grundkörpers 27 des Unterarmteiles 26 ist ein dritter Linearaktuator 49 angeordnet, der dazu dient, den Handwurzelarmteil 46 gegenüber dem Unterarm¬ teil 26 über das dritte Gelenk 44 zu verschwenken. Ein erstes Ende 51 des dritten Linearaktuators 49 ist in einem dritten
Schwenklager 52 gelagert, welches fest im rohrförmigen Grundkörper 27 des Unterarmteiles 26 sitzt. Ein zweites Ende 53 des dritten Linearaktuators 49 ist mit einem Innenring 54 des scheibenförmigen rotativen Lagers 48 des dritten Gelenkes 44 verbunden. Der Innenring 54 ist fest mit dem Handwurzelarmteil
46 verbunden. Ein Außenring 56 des scheibenförmigen rotativen Lagers 48 des dritten Gelenkes 44 ist fest mit dem Unterarm¬ teil 26 verbunden. Zwischen dem dritten Gelenk 44 und dem Handwurzelarmteil 46 ist ein dritter Drehantrieb 57 angeordnet, mit welchem der Handwurzelarmteil 46 in einer längs zum Handwurzelarmteil 46 verlaufenden Achse gegenüber dem Unterarmteil 26 verdreht werden kann, wobei diese Verdrehung hinsichtlich einer Anzahl der Umdrehungen nicht beschränkt ist. Der dritte Drehantrieb
57 umfasst einen Elektromotor 58, ein Ritzel 59 und einen Zahnkranz 61.
Der Handwurzelarmteil 46 mündet in eine Greiferaufnahme 62, an die ein austauschbarer Greifer (nicht gezeigt) montiert werden kann .
Der erfindungsgemäße Roboterarm kann für branchenübergreifende Anwendungen eingesetzt werden und ermöglicht eine Assistenz in der Industrie, in der Landwirtschaft, in der Bauwerksinspektion, in der Verteidigung, in der Logistik, in der Unterhaltung, im Labor und anderen Bereichen. Der erfindungsgemäße Roboterarm ist grundsätzlich auch für medizinische Anwendungen geeignet; beispielsweise als Assistenzarm zum Führen und
Halten von Sonden und Instrumenten. Für den erfindungsgemäßen Roboterarm werden bevorzugt biokompatible Materialien und/oder Oberflächenbeschichtungen verwendet. Der erfindungsgemäße Roboterarm zeigt eine Gültigkeit für alle Dimensionen. Die Konstruktion und das Konzept des erfindungsgemäßen Roboterarmes sind skalierbar. Der erfindungsgemäße Roboterarm kann beispielsweise für einen Einsatz in einem Temperaturbereich zwischen 10°C und 50°C ausgelegt werden, wobei dieser Tempera¬ turbereich durch Materialauswahl und Verarbeitung erweitert werden kann. Der erfindungsgemäße Roboterarm kann beispielsweise für einen Einsatz bei einer relativen Feuchte von bis zu 60% oder mehr ausgelegt werden, indem beispielsweise das
Innere der rohrförmigen Grundkörper 09, 13, 27 und der Gelenke 11, 24 mit einem Schutzgas gefüllt werden oder mit Gas gespült werden .
Bezugszeichenliste
01 Fuß
02 Grundplatte
03 erster Drehantrieb
04 Elektromotor
05
06 Ritzel
07 Zahnkranz
08 Schulterarmteil
09 rohrförmiger Grundkörper 10
11 erstes Gelenk
12 Oberarmteil
13 rohrförmiger Grundkörper
14 Manschette
15
16 scheibenförmiges Lager
17 erster Linearaktuator
18 erstes Ende
19 erstes Schwenklager
20 zweites Ende
21 erster Hebel
22 Innenring
23 Außenring
24 zweites Gelenk
25
26 Unterarmteil
27 rohrförmiger Grundkörper
28 Manschette
29 scheibenförmiges Lager 30 zweiter Linearaktuator erstes Ende
zweites Schwenklager zweites Ende zweiter Hebel
Innenring
Außenring
zweiter Drehantrieb Elektromotor
Ritzel
Zahnkranz
drittes Gelenk Handwurzelarmteil rohrförmiger Grundkörper scheibenförmiges Lager dritter Linearaktuator erstes Ende
drittes Schwenklager zweites Ende
Innenring Außenring
dritter Drehantrieb Elektromotor
Ritzel Zahnkranz
Greiferaufnahme

Claims

Patentansprüche
Roboterarm mit einem drehbaren Fuß (Ol), einem vom Fuß getragenen Schulterarmteil (08), einem vom Schulterarmteil (08) getragenen Oberarmteil (12), einem vom Oberarmteil (12) getragenen Unterarmteil (26) und einem vom Unterarmteil (26) getragenen Handwurzelarmteil (46), wobei der Schulterarmteil (08) und der Oberarmteil (12) über ein erstes Gelenk (11) miteinander verbunden sind, wobei der Oberarmteil (12) und der Unterarmteil (26) über ein zweites Gelenk (24) miteinander verbunden sind, wobei der Unterarmteil (26) und der Handwurzelarmteil (46) über ein drittes Gelenk (44) miteinander verbunden sind, wobei zumindest der Schulterarmteil (08), der Oberarmteil (12) und der Unter¬ armteil (26) jeweils einen rohrförmigen tragenden Grundkörper (09, 13, 27) umfassen, wobei in einem Inneren des rohrförmigen tragenden Grundkörpers (09) des Schulterarmteiles (08) ein erster Linearaktuator (17) angeordnet ist, wobei ein erstes Ende (18) des ersten Linearaktuators (17) mit dem Schulterarmteil (08) in einem Eingriff steht, wobei ein zweites Ende (20) des ersten Linearaktuators (17) mit dem Oberarmteil (12) in einem Eingriff steht, wobei in einem Inneren des rohrförmigen tragenden Grundkörpers (13) des Oberarmteiles (12) ein zweiter Linearaktuator (31) angeordnet ist, wobei ein erstes Ende (32) des zweiten Linearaktuators (31) mit dem Oberarmteil (12) in einem Eingriff steht, wobei ein zweites Ende (34) des zweiten Linearaktuators (31) mit dem Unterarmteil (26) in einem Eingriff steht, wobei in einem Inneren des rohrförmigen tragenden Grundkörpers (27) des Unterarmteiles (26) ein dritter Linearaktuator (49) angeordnet ist, wobei ein erstes Ende (51) des dritten Linearaktuators (49) mit dem Unterarmteil (26) in einem Eingriff steht, wobei ein zweites Ende (53) des dritten Linearaktuators (49) mit dem Handwurzelarmteil (46) in einem Eingriff steht.
2. Roboterarm nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Schulterarmteil (08) eine freie Drehbarkeit gegenüber dem Fuß (01) in einer sich längs des Schulterarmteiles (08) erstreckenden Achse aufweist, wobei diese freie Drehbarkeit mit einem ersten Feststellelement fixierbar ist.
3. Roboterarm nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Oberarmteil (12) eine freie Drehbarkeit gegenüber dem Schulterarmteil (08) in einer sich längs des
Oberarmteiles (12) erstreckenden Achse aufweist, und wobei diese freie Drehbarkeit mit einem zweiten Feststellelement fixierbar ist.
4. Roboterarm nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch
gekennzeichnet, dass erste Gelenk (11) eine Gelenkachse aufweist, welche beabstandet von einer mittleren sich längs des Schulterarmteiles (08) erstreckenden Achse und
beabstandet von einer mittleren sich längs des
Oberarmteiles (12) erstreckenden Achse angeordnet ist.
5. Roboterarm nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Gelenkachse des ersten Gelenkes (11) einen Abstand von der mittleren sich längs des Schulterarmteiles (08)
erstreckenden Achse aufweist, welcher mindestens so groß wie ein äußerer Radius des rohrförmigen tragenden Grundkörpers des Schulterarmteiles (08) ist, und dass die
Gelenkachse des ersten Gelenkes (11) einen Abstand von der mittleren sich längs des Oberarmteiles (12) erstreckenden Achse aufweist, welcher mindestens so groß wie ein äußerer Radius des rohrförmigen tragenden Grundkörpers des
Oberarmteiles (12) ist.
6. Roboterarm nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch
gekennzeichnet, dass das erste Gelenk (11) hohl ausgebildet ist, wobei die rohrförmigen Grundkörper (09, 13) des
Schulterarmteiles (08) und des Oberarmteiles (12) und das erste hohle Gelenk (11) einen sich durch die rohrförmigen Grundkörper (09, 13) des Schulterarmteiles (08) und des Oberarmteiles (12) und über das erste Gelenk (11)
erstreckenden Hohlraum ausbilden.
7. Roboterarm nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das hohle erste Gelenk (11) eine erste Gelenkwandung (14, 16) aufweist, welche den durch das hohle erste Gelenk (11) gebildeten Hohlraum umschließt, wobei in der Gelenkwandung
(14, 16) mindestens ein erstes rotatives Lager (16) mit einem ersten Innenring (22) und mit einem ersten Außenring
(23) ausgebildet ist, wobei der erste Innenring (22) fest mit einem der beiden durch den Schulterarmteil (08) und den Oberarmteil (12) gebildeten Armteile (08) verbunden ist und der erste Außenring (23) fest mit dem anderen der beiden durch den Schulterarmteil (08) und den Oberarmteil (12) gebildeten Armteile (12) verbunden ist.
8. Roboterarm nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Gelenkwandung (14, 16) weiterhin eine flexible
Manschette (14) umfasst, welche den Hohlraum bis an die rohrförmigen Grundkörper (09, 13) des Schulterarmteiles (08) und des Oberarmteiles (12) und an das mindestens eine rotative Lager (16) umschließt.
9. Roboterarm nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Ende (18) des ersten
Linearaktuators (17) in einem ersten Schwenklager (19) gegenüber dem Schulterarmteil (08) gelagert ist.
10. Roboterarm nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Schwenklager (19) an einer Innenwand des rohr- förmigen tragenden Grundkörpers (09) des Schulterarmteiles (08) befestigt ist.
11. Roboterarm nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch
gekennzeichnet, dass das zweite Ende (20) des ersten
Linearaktuators (17) an einem am rohrförmigen Grundkörper (13) des Oberarmteiles (12) befestigen ersten Hebel (21) des Oberarmteiles (12) gelagert ist.
12. Roboterarm nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch
gekennzeichnet, dass der erste Linearaktuator (17) hydraulisch, pneumatisch oder elektrisch antreibbar ist oder durch eine Elektromotor-Spindel-Kombination gebildet ist .
13. Roboterarm nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch
gekennzeichnet, dass der drehbare Fuß (01) in einer vertikalen Achse drehbar ist, wobei der Roboterarm
weiterhin einen ersten Drehantrieb (03) zum Drehen des Fußes (01) in der vertikalen Achse aufweist. Roboterarm nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Unterarmteil (26) in einer sich längs des Unterarmteiles (26) erstreckenden Achse gegenüber dem Oberarmteil (12) drehbar ist, wobei der Roboterarm weiterhin einen zweiten Drehantrieb (39) zum Drehen des Unterarmteiles (26) gegenüber dem Oberarmteil (12) in der sich längs des Unterarmteiles (26) erstreckenden Achse aufweist .
Roboterarmeinheit, umfassend zwei Roboterarme nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Roboterarme an ihren Handwurzelarmteilen (46) miteinander verkoppelt sind.
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