DE69718186T2

DE69718186T2 - Kabelhalterungsvorrichtung für einen industriellen roboter

Info

Publication number: DE69718186T2
Application number: DE69718186T
Authority: DE
Inventors: Stefan Springmann
Original assignee: ABB AB
Current assignee: ABB AB
Priority date: 1996-10-14
Filing date: 1997-10-14
Publication date: 2003-11-13
Anticipated expiration: 2017-10-15
Also published as: DE69718186D1; ES2189951T3; EP0929766B1; SE511235C2; ATE230470T1; SE9603800D0; US6230859B1; WO1998019090A1; SE9603800L; EP0929766A1

Description

Technisches Gebiet

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Halten und Führen eines Kabelaufbaus, angeordnet an einem Manipulator, gemäß dem in dem Oberbegriff von Anspruch 1 beschriebenen Typ.

Stand der Technik

Es ist bekannt, dass die Werkzeuge, die von einem Industrieroboter getragen werden, mit Energie, einem Druckmedium, einem Kühlmittel usw. versorgt werden müssen. Diese Versorgung findet über eine Vielzahl von Verbindungen, die als elektrische Kabel, Schläuche, Druckrohre oder dergleichen gebildet sein können, statt. Bei Manipulatoren besteht ein allgemeiner Bedarf, die Versorgung zu dem Werkzeug während allen Bewegungen des Manipulators für einen längeren Zeitraum sicherzustellen.
Aus der EP 0 144 602 ist ein Industrieroboter vorbekannt, in dem die Versorgungsverbindungen zu dem Werkzeug von einem festen äußeren Punkt in frei aufgehängten Schlaufen zu dem Ständer des Manipulators gezogen werden. Von dem Ständer verläuft ein Bündel von Verbindungen durch Halter, die an den Armen des Manipulators befestigt sind, zu dem Werkzeug. Das Bündel von Verbindungen ist angeordnet, um zwischen den Haltern in Schlaufen zu verlaufen, wobei die Schlaufen sicherstellen, dass das Bündel von Verbindungen all den Bewegungen des Manipulators folgen kann. Das Bündel von Verbindungen ist daher einer großen Anzahl von Biegungen in verschiedenen Richtungen und mit verschiedenen Biegeradien unterworfen. Diese ungünstigen Biegungen führen nacheinender zu Ermüdungsdefekten, was schließlich zu einem Bruch der Verbindungen führt.
Ein spezielles Problem entsteht, wenn die Verbindungen, die gewöhnlich in Bündeln zusammengefügt oder von einem schützenden Schlauch bzw. einem Schutzschlauch umgeben sind, dazu gebracht werden müssen, parallel und daher angepasst an einen in Längsrichtung drehbaren, bzw. rotierbaren Roboterarm zu verlaufen. In solchen Zusammenhängen ist es für den Arm üblich, in der Lage zu sein, von einer anfänglichen Position mehr als eine halbe Umdrehung in beide Richtungen zu drehen bzw. zu rotieren. Das Bündel von Verbindungen muss daher entlang der einhüllenden Oberfläche des Roboterarms verlaufen. Wenn sich der Arm in seiner Neutralposition befindet, ist die notwendige Länge gleich der Länge des Arms. Beim Drehen um eine halbe Umdrehung steigt die notwendige Länge an. Der Anstieg entspricht der Tatsache, dass das Bündel der Verbindungen während der Drehung eine halbe Umdrehung um die einhüllende Oberfläche des Roboterarms gelegt werden muss. Diese Entfernung bildet den halben Umfang eines Kreises, dessen Radius durch den Abstand zu der Rotationsachse und dem Zentrum des Bündels der Verbindungen bestimmt ist. Berechnungen, die den Satz des Pythagoras verwenden, zeigen, dass die notwendige Länge des Bündels von Verbindungen zwischen 20 und 50% länger ist, als der Arm selbst. Während der Rotation des Roboterarms wird das Bündel von Verbindungen ebenfalls einer Drehung um seine eigene Achse unterworfen.
Eine übliche Art, die Länge eines Bündels von Verbindungen, die für die Rotation notwendig ist zu kompensieren, ist es, dem Bündel zu gestatten, durch zwei Halter zu laufen, zwischen denen sich das Bündel von Verbindungen in einer Schlaufe erstreckt. Ein Halter ist dann an dem rotierbaren Roboterarm befestigt, während der andere Halter an dem Lagergehäuse befestigt ist, in dem der Roboterarm drehbar gelagert ist. Das vorstehend erwähnte Problem mit Ermüdungsdefekten ist in diesem Fall ebenfalls vorhanden. Ein anderes Problem mit der beschriebenen Ausführungsform ist, dass die Schlaufe die Beweglichkeit des Roboters einschränkt, und dass die Gefahr besteht, dass die Schlaufe irgendwo hängen bleibt oder einfach abgeschnitten wird.

Zusammenfassung der Erfindung

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es eine Vorrichtung zum Halten und Führen eines Bündels von Verbindungen der vorstehend beschriebenen Art zu erreichen, um Schlaufen zu vermeiden und, um Beschädigung auf Grund von Ermüdung entgegenzuwirken. Die Vorrichtung soll einfach und rentabel sein und es dem Bündel von Verbindungen gestatten, mit einem minimalen Raumbedarf von einer Befestigung an einem Lagergehäuse eines in Längsrichtung drehbar gelagerten Rotationskörpers zu einer Befestigung des Rotationskörpers selbst geführt zu werden.
Dies wird durch eine Vorrichtung mit den, in dem kennzeichnenden Teil von Anspruch 1 beschriebenen charakteristischen Merkmalen erreicht. Die Vorrichtung ist besonders zur Befestigung eines Kabelaufbaus oder eines Bündels von Verbindungen zwischen einem Lagergehäuse und einem in Längsrichtung drehbar gelagerten Roboterarm und einer Befestigung an dem Arm selbst bestimmt. Die Vorrichtung ist von der Art, dass sie eine Zugkraft in der Längsrichtung des Kabelaufbaus auf den Kabelaufbau ausübt, um dem Durchhängen während der Bewegungen des Roboters entgegenzuwirken. Zu diesem Zweck ist der Kabelaufbau an dem beweglichen Roboterarm und an einer auf den Kabelaufbau wirkenden Federkraft auf einer Höhe mit der Befestigung des Roboterarms in dem Lagergehäuse befestigt. Der Kabelaufbau verläuft durch einen Kabelaufbauträger, der eine Feder einschließt und der, wenn sich der Arm bewegt, den Kabelaufbau so steuert, dass kein Durchhängen auftritt, und dass der Kabelaufbau, während der Rotation des Arms auf die einhüllende Oberfläche des Roboterarms gewickelt wird.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Die Erfindung wird detaillierter durch die Beschreibung einer Ausführungsform unter Bezugnahme auf die begleitende Zeichnung beschrieben, wobei
Fig. 1 eine Ansicht eines oberen Roboterarms mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Halten und Führen eines Kabelaufbaus einschließlich elektrischer Kabel und Schläuche zeigt,
Fig. 2 einen, in einem Schutzschlauch enthaltenen Kabelaufbau und einen Kabelaufbauträger mit einer entspannten Feder zeigt,
Fig. 3 einen, in einem Schutzschlauch enthaltenen Kabelaufbau und einen Kabelaufbauträger mit einer gegen die Bewegungen des Kabelaufbaus gespannten Feder zeigt,
Fig. 4 ein Detail des Kabelaufbauträgers zeigt, und
Fig. 5 eine Zugbelastung-verringernde Vorrichtung zeigt, die für den Kabelaufbau bestimmt ist und die an dem Ende des Schutzschlauchs angebracht ist.

Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform

Ein oberer Arm 1 mit einer äußeren Hand 2 für einen Manipulator (nicht gezeigt) ist in Fig. 1 gezeigt. Der Arm 1 ist um eine Achse in seiner eigenen Längsrichtung rotierbar und in einem Lagergehäuse 3 drehbar gelagert. Die Hand weist ein Kippgehäuse 4, das um eine Achse quer zu der Achse des oberen Arms drehbar ist und eine Drehscheibe 5 auf, die um eine Achse quer zu der Achse des Kippgehäuses drehbar ist. An der Seite des Lagergehäuses, die dem Arm gegenüberliegt, sind Antriebsmittel 6, 7, 8 für die Bewegung des Arms, des Kippgehäuses und der Drehscheibe angeordnet. An der Drehscheibe ist ein Werkzeug 9 angebracht, das mit elektrischem Strom und anderen Arbeitsmedien über einen Kabelaufbau 10 versorgt wird, der elektrische Kabel und Schläuche einschließt. Der Kabelaufbau ist in einem Schutzschlauch 11 aus einem steifen aber flexiblen Material enthalten.
Der vordere Teil 11a des Schutzschlauchs ist mittels einer Befestigungsvorrichtung 12 an der Hand befestigt und durch einen Halter 13 geführt. Die Befestigungsvorrichtung und der Halter sind durch eine gemeinsame Befestigung 14 an der Hand befestigt. Das hintere Ende 11b des Schutzschlauchs ist mittels einer Befestigungsvorrichtung 15 an dem Verbindungskasten 16 befestigt, der an dem Lagergehäuse 3 angebracht ist. Zwischen der Befestigungsvorrichtung 15 und dem Halter 13 läuft die Schutzhülle durch einen Kabelaufbauträger 17. Der Kabelaufbauträger weist eine rohrförmige Hülle mit einer vorderen Hülse 18 und einer hinteren Hülse 19 auf, und ist mit einer Befestigungsvorrichtung 20 an dem Lagergehäuse 3 befestigt. Die Länge des Kabelaufbauträgers ist dazu angepasst, die Bewegungen in Längsrichtung des Kabelaufbauträgers 17 während der Rotation des Arms 1 zu umfassen, und die Hülse an jedem Ende des Kabelaufbauträgers ist dazu bestimmt, den Kabelaufbau durch den Kabelaufbauträger in einer reibungslosen Weise zu führen.
Ausführungsformen, die das Prinzip des schützenden Gehäuses und des Kabelaufbauträgers zeigen, sind in Fig. 3, 4 und 5 gezeigt. Der Schutzschlauch 11 läuft durch den Kabelaufbauträger 17, der im Querschnitt gezeigt ist. Der Schutzschlauch ist aus einem steifen Material mit einem, für Kunststoff geeigneten, gewelltem Profil hergestellt. Durch diese Konstruktion ist der Schlauch mit einer gegebenen Anzahl von Rillen versehen, was bewirkt, dass der Schlauch Biegungen gestattet, aber nicht ein Zusammendrücken des Schlauchs gestattet. An dem Schutzschlauch ist ein Schlauchträger 21 angelegt, der innerhalb des Kabelaufbauträgers läuft. Zwischen der vorderen Hülse 18 und dem Schlauchträger ist eine Spiralfeder 22 angeordnet, die sich frei in dem Raum zwischen dem Schutzschlauch 11 und der Innenseite des Kabelaufbauträgers 17 bewegt. Die Spiralfeder übt eine Kraft auf den Schlauchträger aus, der wiederum bewirkt, dass der Schutzschlauch zwischen dem Halter 13 und dem Kabelaufbauträger 17 gestreckt gehalten wird.
Wenn der Arm 1 rotiert, wird der Schutzschlauch auf der einhüllenden Oberfläche des Arms aufgewickelt, wobei es einer notwendigen Länge des Schutzschlauchs gestattet wird, aus dem Kabelaufbauträger gezogen zu werden, während die Feder gespannt wird. Fig. 3 zeigt wie die Feder gespannt ist, wenn der Schutzschlauch maximal in einer Richtung zu dem Arm hin herausgezogen wurde. Die einzige Schlaufe, die während der Bewegungen des Arms entsteht, liegt hinter dem Kabelaufbauträger. Dort beeinträchtigt der Kabelaufbau nicht die Beweglichkeit des Roboters, und zusätzlich kann dem Kabelaufbau ein bestimmter Biegeradius gegeben werden, der nicht zu Ermüdungsdefekten des Kabelaufbaus führt.
Wenn der Schutzschlauch auf die einhüllende Oberfläche des rotierenden Arms aufgewickelt ist, wird der Schlauch auch einem aufgezwungenen Drehmoment unterworfen. Wenn diese Rotation von dem Schlauch aufgenommen und in dem Schlauch gespeichert werden muss, kann dies zu unkontrolliertem Biegen des Schlauches führen. Aus diesem Grund ist der erfindungsgemäße Schutzschlauch in dem Schlauchträger geteilt und zusammengefügt. Fig. 4 zeigt wie der vordere Schlauchteil 11a und der hintere Schlauchteil 11b in dem Schlauchträger 21 zusammengefügt sind. Aus diesem Grund ist der Schlauchträger in zwei Hälften mit Schlitzen hergestellt, sodass die Rillen des Schutzschlauches darin hineinpassen. Die zwei Hälften des Schlauchträgers sind mit einer Schraubverbindung zusammengefügt, sodass die Schlauchteile 11a und 11b voneinander unabhängig frei rotieren können.
Der in dem Schutzschlauch enthaltene Kabelaufbau ist an beiden Enden des Schutzschlauchs an einer in Fig. 5 gezeigten, Zugbelastung-verringernden Vorrichtung 23 befestigt. Die Zugbelastung-verringernde Vorrichtung, die aus einem elastischen Material mit guter Reibung hergestellt ist, ist mit ringförmigen Ausnehmungen 24 versehen. Die verschiedenen, in dem Kabelaufbau enthaltenen Teile werden durch die Löcher in die Zugbelastung-verringernde Vorrichtung eingepasst, die nachher mit einer, um die Zugbelastung-verringernde Vorrichtung angelegten Umfang-reduzierende Klemmvorrichtung angezogen wird.
Obwohl es vorteilhaft ist, ist die beschriebene Vorrichtung nicht darauf beschränkt, einen in einem Schutzschlauch enthaltenen Kabelaufbau aufzuweisen, sondern der Kabelaufbauträger und der begleitende Schlauchträger können direkt auf dem Kabelaufbau angeordnet werden. Noch ist der Kabelaufbauträger darauf beschränkt, gerade oder aus einem steifen Material zu sein. Er ist röhrenförmig und er kann vorteilhafterweise ebenfalls gebogen oder aus einem flexiblen Material hergestellt sein.

Claims

1. Vorrichtung zum Halten und Führen eines Kabelaufbaus (10) zwischen einem ersten Manipulatorteil (2) und einem in Bezug auf das erste Teil beweglichen, zweiten Manipulatorteil (3), aufweisend einen an dem ersten Manipulatorteil befestigten Kabelaufbauträger (17), wobei der Kabelaufbauträger, der einen Kabelaufbau (10) trägt, ein Rohr aufweist,

dadurch gekennzeichnet, dass

der Kabelaufbau in Längsrichtung frei durch das Rohr verläuft, und dadurch, dass der Kabelaufbauträger ein Kraftglied (22) aufweist, das auf den Kabelaufbau eine längs des Kabelaufbaus gerichtete Kraft ausübt, die ihn zu einer Ausgangsposition zurückbringt.

2. Vorrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kabelaufbau durch einen schützenden Schlauch (11) umgeben ist.

3. Vorrichtung gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Kabelaufbau an einem Schlauchträger (21) angebracht ist, der in dem Kabelaufbauträger (17) verläuft.

4. Vorrichtung gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kabelaufbauträger (17) eine vordere Hülse (18) und eine hintere Hülse (19) aufweist, durch die der Kabelaufbau verläuft.

5. Vorrichtung gemäß Anspruch 4 dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der vorderen Hülse (18) und dem Schlauchträger (21) eine Spiralfeder angeordnet ist, die den Kabelaufbau umgibt.

6. Vorrichtung gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kabelaufbauträger (17) in seiner Längsrichtung gebogen gebildet ist.

7. Verfahren zum Halten und Führen eines Kabelaufbaus (10) in einem Manipulator zwischen einem ersten Manipulatorteil (2) und einem in Bezug auf das erste Teil beweglichen, zweiten Manipulatorteil (3), aufweisend einen an dem ersten Manipulatorteil befestigten Kabelaufbauträger (17), wobei der Kabelaufbauträger als ein Rohr gestaltet ist,

dadurch gekennzeichnet, dass

durch das Rohr ein Kabelaufbau unter den Einfluss einer rückstellenden Kraft gebracht wird, um frei beweglich in Längsrichtung in der Richtung des Kabelaufbaus (10) zu verlaufen, und wobei der Kabelaufbauträger dazu gebracht wird, ein Kraftglied (22) aufzuweisen, das die rückstellende Kraft ausübt.