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Die
Erfindung betrifft eine Hand bzw. einen Finger für einen Roboter mit zumindest
zwei miteinander gelenkig verbundenen Abschnitten. Eine derartige
Hand ist aus der weiter unten beschriebenen US 2005/0040664 A, entsprechend
der
DE 103 46 272 A ,
bekannt.
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Als
Roboterhand wird in dieser Anmeldung in der Beschreibung und in
den Ansprüchen
in Analogie zum menschlichen Körper
das vordere, freie Ende eines Roboterarms, somit der Bereich, an
dem sich das eigentliche Werkzeug befindet, bezeichnet. Dieses Werkzeug
kann eine Klaue, ein Laser, eine Farbsprühvorrichtung, eine Schweißeinrichtung;
eine Messeinrichtung, etc. sein. Üblicherweise ist das Werkzeug
auf einem Träger
befestigt, der bezüglich der
Roboterhand entweder fest oder in einer Richtung verschwenkbar angeordnet
ist, sodass, um beim obigen Modell zu bleiben, der Werkzeugträger als
Finger anzusehen wäre.
Wenn es sich beim Werkzeug um Klauen handelt, stellen diese unmittelbar
die Finger dar, da ja zumindest eine der beiden Klauen gegenüber dem
Arm beweglich, zumeist verschwenkbar, sein muss.
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Es
ist aus dem Vorgesagten klar ersichtlich, dass der Roboterarm auf
der dem Werkzeug abgewandten Seite auf passende Weise mit dem eigentlichen
Roboter verbunden ist, diese Verbindung kann auf unterschiedliche
Weise erfolgen und unterschiedliche Ausmaße an Freiheitsgraden umfassen, üblicherweise
ist zumindest das Verschwenken um eine, meist um mehrere Achsen
vorgesehen, in vielen Fällen
auch eine Teleskopierbarkeit entlang zumindest einer Achse. Art
und Aufbau des Roboters an dem der Arm befestigt ist, hängen vom
Anwendungsgebiet ab und gehören
nicht direkt zur Erfindung, sodass an dieser Stelle nicht weiter
darauf eingegangen wird.
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Wesentliche
Vorraussetzungen für
die Verwendbarkeit eines Roboterarmes sind unter anderem die möglichst
vollständige
Erfüllung
folgender Punkte:
- a) Rasche und dabei genaue
und wiederholbare Beweglichkeit des Werkzeugträgers;
- b) Hohes Verhältnis
von Nutzlast (Masse des Werkzeugs) zur toten Last (Masse des Roboterarmes);
- c) Großer
zugänglicher
Arbeitsbereich;
- d) Möglichkeit,
innerhalb des Arbeitsbereiches die einzelnen Arbeitspunkte aus möglichst
stark unterschiedlichen Winkeln anzufahren;
- e) Leichte Montierbarkeit der zum Werkzeug führenden Medienleitungen, wie
Stromkabel, Lichtleiter, Druckluftleitungen, Wasserleitungen, Hydraulikleitungen,
etc.
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Wenn
man im Lichte dieser Prämissen
die Hände
von Robotern des Standes der Technik auf ihre Tauglichkeit untersucht,
findet man beispielsweise die eingangs genannte US 2005/0040664
A, die den vordersten Teil, somit den Finger, einer Roboterhand
betrifft. Dieser Finger weist drei Abschnitte, die durch zwei Gelenke
miteinander verbunden sind, auf, dabei liegen die Achsen der beiden
Gelenke parallel zueinander und schneiden die im gestreckten Zustand
des Fingers zusammenfallenden Längsachsen der
Abschnitte. Im Inneren der rohrförmigen
Abschnitte sind Stellmotoren angeordnet, die mittels Kegelrädern die
Verschwenkung jeweils zweier benachbarter Abschnitte um die ihnen
gemeinsame Achse bewirken. Die Motoren sind dabei im Inneren der
rohrförmigen
Abschnitte angeordnet und füllen diese
so gut wie vollständig
aus.
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Das
bedeutet, dass die Stromversorgung für die Elektromotoren außerhalb
der Gliedmaßen
angeordnet sein muss, eben so wie alle Arten von Medienleitungen, über die
in der Beschreibung aber nichts ausgesagt wird und die genauso wenig
beschrieben bzw. dargestellt sind, wie die Versorgungsleitungen für die elektrischen
Stellmotoren. Die Kegelradgetriebe sind teuer und aufwändig und
in der dargestellten, gerade verzahnten Form weder genau noch leise,
sodass die oben genannten Anforderungen an eine Roboterhand bzw.
deren Spitze, die Finger, nur sehr rudimentär erfüllt sind.
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Einen
weiteren Vorschlag offenbart die
DE 42 30 352 A , die der
US 5,437,490 A entspricht.
Diese Druckschrift offenbart mehrgliedrige Finger, die durch komplexe,
im Inneren der Glieder der Finger angeordnete, kämmende Zahnräder betätigt werden. Die
Probleme sind dabei die Gleichen wie bei der erstgenannten Druckschrift,
wenn auch die Stellmotoren aus dem Fingerbereich entfernt worden
sind.
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Andere
Vorschläge,
die aber ebenfalls die gleichen Nachteile aufweisen, sind in der
US 4,496,279 A ,
der
US 4,573,727 A ,
der
US 4,623,183 A und
der
US 6,119,542 A geoffenbart.
Die
US 3,694,021 A und
die
US 5,501,498 A offenbaren
Lösungen,
bei denen die einzelnen Glieder der Finger mittels Seilzügen bewegt
werden, was die Tote Masse und den Platzbedarf verringert, aber
die Genauigkeit der Bewegung wegen der thermischen Ausdehnung der
Seile, wegen deren Ausdehnung im Zuge des Alterns und schließlich wegen
deren elastischer Dehnung bei unterschiedlicher Beanspruchung drastisch
reduziert. Dazu kommt, dass jeder Seilzug einen Antagonisten benötigt, da
er ja nur Zugkräfte übertragen
kann. Dies führt
zur Notwendigkeit genauer Justierung der beiden Seilzüge und,
unvermeidbar, zur Verwendung von Federn, durch die die notwendigen
Kräfte
erhöht
werden.
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Die
Erfindung schlägt
zum Erreichen der genannten Ziele und zum Vermeiden der Nachteile
des Standes der Technik ein Gelenk zwischen benachbarten Abschnitten
einer Roboterhand bzw. eines Roboterfingers vor, bei dem die einander
zugewandten Enden benachbarter Abschnitte die Form von miteinander
kämmenden
Zahnradsegmenten aufweisen, bei dem der Abstand zwischen den zwei
Mittelpunkten kämmender
Zahnradsegmente durch einen Führungsteil,
der mit beiden benachbarten Abschnitten um Achsen durch die Mittelpunkte
der Zahnradsegmente verschwenkbar gelagert ist, festgelegt ist, und
bei dem der Antrieb, der das Verschwenken der beiden benachbarten
Abschnitte in diesem Gelenk bewirkt, am Führungsteil angreift.
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Auf
diese Weise erreicht man es, dass bei symmetrischem Aufbau zwischen
den beiden Führungsteilen
ausreichend Raum bleibt, um Medienleitungen im Inneren der Abschnitte
führen
zu können, durch
die Verschwenkung benachbarter Abschnitte um zwei zueinander parallele
Achsen, die durch die jeweiligen Mittelpunkte der Zahnradsegmente
gehen, wird es einerseits möglich,
den Arm im jeweiligen Gelenk um wesentlich größere Winkel zu knicken, als
es der Stand der Technik erlaubt und es wird andererseits dennoch
die Biegebelastung der durchgeführten
Medienleitungen gegenüber
dem Stand der Technik deutlich herabgesetzt, da diese sowohl nahe
der neutralen Achse verlaufen, als auch um zwei, wenn auch relativ
nahe beieinander angeordnete, Achsen gebogen werden, so dass sie
passend aus der Mittellage, die sie in der gestreckten Konfiguration
einnehmen, ausweichen können.
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Die
Erfindung wird im Folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert. Dabei
zeigt die 1 einen erfindungsgemäß ausgerüsteten Roboter
in schematischer Seitenansicht,
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die 2 eine
vergrößerte und
mehr Details aufweisende Darstellung der erfindungsgemäßen Hand
entsprechend dem Kreis II der 1,
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die 3 eine
perspektivische Ansicht der 2,
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die 4 die
Betätigungsvorrichtung
für die Hand
in einer Ansicht gemäß der der 1,
teilweise im Schnitt,
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die 5 das
vergrößerte Detail
V der 4,
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die 6 eine
Darstellung nahe der maximalen Krümmung, die die erfindungsgemäße Hand
ausführen
kann,
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die 7 eine
perspektivische Ansicht der Darstellung der 6,
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die 8 eine
zweite Variante eines erfindungsgemäßen Roboters in Seitenansicht,
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die 9 eine
Seitenansicht des Details IX der 8 teilweise
im Schnitt,
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die 10 die
Situation 9 in perspektivische Ansicht,
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die 11 eine
perspektivische Ansicht nahe der am stärksten abgewinkelten Krümmung der Hand,
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die 12 die
Situation der 11 in schematischer, geschnittener
Seitenansicht, und
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die 13, 14 und 15 eine
dritte Variante in drei verschiedenen Darstellungen.
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Die 1 zeigt
einen Roboter 1 in schematischer Seitenansicht. In diesem
rein illustrativen Anwendungsfall besteht der Roboter 1 im
wesentlichen aus einer Säule 2,
die um eine waagrechte Schwenkachse 3 verschwenkbar auf
einem Sockel 4 montiert ist. Am oberen Ende der Säule 2 ist
ein Arm 5 um eine Schwenkachse 6, die ohne Beschränkung der Allgemeinheit
parallel zur Schwenkachse 3 verläuft, verschwenkbar befestigt.
An seinem einen Ende, vorderes Ende 7 genannt, trägt der Arm 5 ein
Werkzeug 8, dessen Werkzeugträger 9 mit dem eigentlichen
Arm 5 über
ein erfindungsgemäß ausgestaltetes
Gelenk 10 verbunden ist. Ob nun nur der vorderste Teil
des Armes 5 als Hand bezeichnet wird oder die gesamte Anordnung,
die um die Achse 6 verschwenkbar ist, und ob und wie man
Finger, Hand und Arm unterscheidet, ist letztlich eine Frage der Nomenklatur,
auch spielt der Teil des Roboters 1, der vom Werkzeug 8 her
gesehen „hinter" der Achse 6 liegt,
für die
Erfindung praktisch keine Rolle, wenn er auch bevorzugt den Antrieb
trägt.
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Auf
der dem Werkzeug 8 abgewandten Seite des Armes 5 jenseits
der Schwenkachse 6 ist, in 1 durch
eine Abdeckung 11 unsichtbar, der Antrieb für die Bewegung
um das Gelenk 10 angeordnet.
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Die 2 zeigt
das Detail II der 1, somit das vordere Ende 7,
die Fingerseite, des Armes 5. Im dargestellten Ausführungsbeispiel
ist ein Handteil 12 des Armes 5 um die Längsachse
des Armes 5 verdrehbar in der Hülle des Armes untergebracht,
in der Darstellung selbst sind aber die Achsen des erfindungsgemäßen Gelenkes 10 in
einer Drehlage der Hand 12 bezüglich des Armes 5 dargestellt,
in der sie zu den Achsen 2 und 6 des Roboters 1 parallel
verlaufen.
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Wie
aus 2 ersichtlich ist, weist das vordere Ende der
Hand 12 die Kontur eines Zahnradsegmentes 13 auf.
Mit diesem Zahnradsegment 13 kämmt ein Zahnradsegment 14 des
Fingers 15, der im dargestellten Ausführungsbeispiel auch als Werkzeugträger 9 für das Werkzeug 8 dient.
Der mechanische Zusammenhalt zwischen der Hand 12 und dem Finger 15 wird
durch einen Führungsteil 16 gesichert, der
einerseits um eine Achse, die normal zum Kreissegment 13 verlauft
und durch den Mittelpunkt 17 dieses Kreissegmentes geht,
bezüglich
der Hand 12 verschwenkbar ist, andererseits um eine Achse,
die normal zum Kreissegment 14 verlauft und durch den Mittelpunkt 18 dieses
Kreissegmentes geht, bezüglich
des Fingers 15 verschwenkbar ist.
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Wie
kinematisch leicht einsehbar, ist der Führungsteil 16 stets
um genau den halben Winkel, um den der Finger 15 gegenüber der
Hand 12 verschwenkt ist, verschwenkt. An diesem Führungsteil 16 ist
ein Ansatzteil 19 fest, unter Umständen einstöckig mit ihm ausgebildet, der
an seinem der Fingerachse bzw. der Handachse abgewandten Endbereich
ein Lager aufweist, dessen Drehachse 20 parallel zu den
Achsen durch die Mittelpunkte 17 und 18 liegt.
An diesem Lager greift, um die Achse 20 verschwenkbar,
eine Betätigungsstange 21 an,
die im inneren der Hülse
des Armes 5 verläuft
und zu einem Antrieb führt,
der die Betätigungsstange 21 annähernd parallel
zum eingezeichneten Doppelpfeil B, somit annähernd parallel zu sich selbst,
verschiebt und so die Winkellage zwischen dem Finger 15 und der
Hand 12 festlegt.
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Die
Verschiebung erfolgt im allgemeinen nicht exakt entlang der eingezeichneten
Richtung des Doppelpfeils B, da durch die Verschwenkung des Führungsteils 16 um
die (als festgehalten gedachte) Hand 12 die Lage der Achse 20 sich
entlang eines Kreisbogens um den Mittelpunkt 17 ändert, und
damit auch die Winkellage der Betätigungsstange 21.
Doch dies ist für
den Fachmann auf dem Gebiet der Kinematik selbstverständlich,
spielt für
die Zwecke der Erfindung auch keine Rolle und bedarf daher keiner weiteren
Erläuterung.
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Die 3 ist
eine Darstellung der Situation der 2, allerdings
in perspektivischer Ansicht, woraus hervorgeht, dass die einzelnen
in 2 erkennbaren Elemente bei der dort gewählten Lage
der Hand 12 und des Fingers 15 paarweise und symmetrisch
zur Zeichenebene zu denken sind, wodurch sich ausreichende Stabilität sowohl
innerhalb als auch normal zu dieser Zeichenebene ergibt. Aus 3 ist
weiters ersichtlich, dass im inneren des Armes 12 und auch
des Fingers 15, zwischen dem ebenfalls paarweise ausgebildeten
Führungsteil 16 ausreichend
Platz für
die Durchführung
von Medienleitungen verbleibt. Wie bereits eingangs erwähnt, werden
unter Medienleitungen jede Form von Leitung, Rohr, Lichtwellenleiter,
Drehmomentübertragungsorgan,
etc. verstanden, die bei Robotern zum Einsatz kommen oder zum Einsatz
kommen könnten.
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Um
die Übersichtlichkeit
nicht zu stören,
sind in 3 nur einige der an Hand der 2 besprochenen
Bezugszeichen eingetragen. Deutlicher als aus 2 ist
insbesondere auch zu erkennen, dass die Hand 12 im inneren
des rohrförmigen
Armes 5 um dessen Längsachse
verdrehbar ausgebildet ist bzw. ausgebildet sein kann.
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Die 4 zeigt
in einer Ansicht ähnlich
der 1, aber teilweise im Schnitt und mit entfernter Abdeckung 11,
den Antrieb für
die Betätigungsstange 21,
die über
die ganze Länge
des Armes 5 bis in den Antriebsbereich des Armes führt, der
jenseits der Schwenkachse 6 liegt. Diese Anordnung ist
nicht unbedingt notwendig, sie ermöglicht aber eine leichte Durchführung der
Medienleitungen von der Säule 2 in den
Arm 5 und durch die Anordnung des Antriebes 22 jenseits
der Schwenkachse wird auch für
mechanische Ausgewogenheit der Konstruktion gesorgt.
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Der
Antrieb 22 ist in 5 in vergrößertem Maßstab dargestellt,
dabei erkennt man, dass die Betätigungsstange 21 antriebsseitig
in einer Lagerung 23 verschwenkbar gelagert ist. Diese
Lagerung 23 wiederum sitzt auf einer Halterung 24,
die sich mit der Hand 12 (3) im Arm 5 verdrehen
kann und die entlang der Achse A, die parallel zur Achse des Armes 5 verläuft, verschieben
kann. Diese Verschiebung wird durch einen Linearantrieb 25 bewirkt,
der mit einem Ende an der Halterung 24 und mit dem anderen
Ende am Arm 5 (nicht dargestellt) montiert ist. Weiters
zeigt die 5 einen Drehantrieb 26,
der die Hand gegenüber
dem Arm verdreht.
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Es
gibt selbstverständlich
eine ganze Reihe von anderen Möglichkeiten,
um diese Verdrehung und/oder Verschiebung zu bewirken, so kann der
Linearantrieb an der Hand befestigt werden und sich mit dieser mit
drehen, statt der dargestellten hydraulischen Kolben-Zylinder-Einheit
kann ein elektrischer Linearantrieb vorgesehen sein, etc..
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Die 6 zeigt
in einer Darstellung analog zur Darstellung der 2,
um welch großen
Winkel der Finger 15 bezüglich der Hand 12 verschwenkt werden
kann, auch ist aus einem Vergleich der beiden Figuren gut zu erkennen,
wie sich die Lage der Betätigungsstange 21 verändert, und
dass der Führungsteil 16 bei
dieser Bewegung nur um den halben Schwenkwinkel des Fingers 15 bewegt
wird.
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Die 7 zeigt
die Situation der 6 wiederum in perspektivischer
Ansicht, hier erkennt man besonders deutlich, dass trotz des großen Schwenkwinkels
keine Knickgefahr für
(nicht dargestellte) Medienleitungen besteht, da diese durch das
Vorsehen der beiden von einander Abstand aufweisenden Schwenkachsen
durch die Mittelpunkte 17, 18 die Möglichkeit
haben, den Winkel mit ausreichend großer Krümmung auszubilden, um das Knicken
zu vermeiden. Der Führungsteil 16 dient
dabei auch zur Führung
der Medienleitungen, wenn dies gewünscht wird.
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Aus
einer Zusammenschau der Figuren ist auch deutlich zu sehen, dass
bei der Durchführung von
Medienleitungen durch die Säule 2 und
im Bereich der Schwenkachse 6 in den Arm 5 die
Länge des
Armes 5 es erlaubt, die Hand 12 im Arm 5 drehbar
auszubilden, ohne dass Gefahr besteht, dass die Medienleitungen
unzulässig
tordiert werden. Es muss nur ein freies Durchdrehen des Armes 12 verhindert
werden, aber es ist, bei entsprechender Länge des Armes 5 zwischen
der Schwenkachse 6 und der Schwenkachse um den Mittelpunkt 17,
durchaus möglich,
dass die Hand sich um mehr als eine Drehung (360°) verdreht, bevor ein mechanischer
oder durch die Steuerung vorgegebener Anschlag eine weitere Verdrehung
verhindert. Ein solches „Überdrehen" ohne dass es dabei
zum vollständigen Durchdrehen
kommt, ist in vielen Fällen
wünschenswert,
da dadurch ein zeitaufwendiges Absetzen und Umgreifen des Werkzeuges
oder eines vom Werkzeug ergriffenen Gegenstandes vermieden werden kann.
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Aus
den 8 bis 12 ist eine zweite Variante
eines erfindungsgemäßen Roboterarmes
ersichtlich. Bei dieser Variante ist statt der Säule 2 eine Parallelkinematik 2' vorgesehen
auf deren oberer, beweglicher Plattform 6' der Arm 5 fest montiert
ist. Das werkzeugseitige Ende bzw. vordere Ende 7 ist in 9 näher dargestellt.
Dabei werden gleiche bzw. gleichwirkende Teile wie bei der ersten
Ausgestaltung der Erfindung mit gleichen Bezugszeichen versehen,
um das Verständnis
zu erleichtern. Wie aus 9 und insbesondere dem Zusammenhalt
mit 10 hervorgeht, sind bei dieser Variante der Erfindung
zwischen dem vorderen Ende der Hand 12 und dem Werkzeugträger 9 zwei
Gelenke vorgesehen, der Finger 15 besteht somit aus zwei
Segmenten und den beiden zugehörigen
Gelenken.
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Beide
Gelenke sind gleich aufgebaut und entsprechen dem Gelenk, das anhand
der 1 bis 7 ausführlich dargelegt wurde. Es
wurden die entsprechenden Bauteile des Zwischengliedes 27 mit
den Bezugszeichen versehen, die einerseits der Finger 15,
anderseits die Hand 12 aufweist, doch wurden diese Bezugszeichen
zur Unterscheidung von jenen mit einem Apostroph versehen.
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Das
Besondere, wodurch bei dieser Variante die einfache Betätigung des
Krümmens
des Fingers 15' möglich wird,
ist eine Verbindungsstange 28, die die beiden Führungsteile 16, 16' im Zwischenglied 27 des
Fingers 15' miteinander
verbindet und die an beiden Führungsteilen
gelenkig befestigt ist. Wenn daher durch Verschieben der Betätigungsstange 21 der Führungsteil 16 verschwenkt
wird und über
die Zahnsegmente 13, 14' das Zwischenglied 27 um
den doppelten Winkel verschwenkt wird, so wird durch die Verbindungsstange 28 der
Führungsteil 16', der zwischen
dem Zwischenglied 27 und dem Werkzeugträger 9 angeordnet ist,
ebenfalls verschwenkt, und zwar bezüglich des Zwischengliedes 27.
Das führt, über die
Zahnsegmente 13', 14 zu
einer doppelt so starken Verschwenkung des Werkzeugträgers 9 bezüglich des
Zwischengliedes 27. Diese Situation ist in 10 in
perspektivischer Ansicht dargestellt, woraus auch entnehmbar ist,
dass auch hier zwischen den einzelnen Bauteilen ausreichend Platz
verbleibt, um Medienleitungen, die vom Arm 5 kommen, bis zum
Werkzeug 8 zu führen.
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Die 11 und 12,
die eine besonders stark abgewinkelte Position des Fingers 15' zeigen, machen
auch deutlich, dass selbst bei derart großen Winkeln ausreichend Platz
und ausreichend Krümmungsradius
für die
Medienleitungen zur Verfügung gestellt
wird. Die kaum Platz benötigende
und mit hoher Genauigkeit herstellbare und führbare Kinematik ermöglicht es,
zu diesem Ergebnis zu kommen. Es soll noch erwähnt werden, dass in den 11 und 12 der
Arm 5 selbst nicht dargestellt ist, sodass man die Hand 12 auch
in dem Bereich sieht, in dem sie auf den bisherigen Figuren vom
Arm 5 verdeckt war.
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Eine
Besonderheit bei Robotern ist der Begriff der Singularität, der aber
nicht die Situation meint, die vorliegt, wenn beispielsweise in 2 durch
Verschieben der Betätigungsstange 21 nach rechts
diese, definiert durch ihre Verschwenkachsen 20 und 23 (5),
fluchtend zu der Verbindung der Verschwenkachsen 17 und 18 des
Fingers 15 liegt. Diese mechanische Singularität entspricht
einem sogenannten Totpunkt, einer kinematischen Situation, in der
durch noch so große
Kraftanwendung auf den als Betätigungsorgan
gedachten Bauteil eine Bewegung der anderen Bauteile nicht bewirkt
werden kann.
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In
der Robotik versteht man unter einer Singularität des Roboters die Lage seiner
Glieder, in der es notwendig ist, zumindest einen seiner Bauteile (Glieder)
um einen großen
Winkel zu verschwenken, da bei einem Fortfahren der Bewegung, die
das Werkzeug in den Bereich der Singularität geführt hat, entweder ein Anschlag
erreicht wird, sodass die Bewegung nicht weitergeführt werden
kann, oder eine Winkellage des Werkzeuges bezüglich des Werkstücks erreicht
wird, in der es seine Aufgabe nicht erfüllen kann.
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Mit
anderen Worten, es müssen
verschiedene Teile des Roboters „herumgeklappt" werden um mit der
Tätigkeit
fortfahren zu können.
Da dieses Herumklappen nicht mit beliebiger Geschwindigkeit erfolgen
kann, führt
dies dazu, dass die Bewegungen und besonders die Geschwindigkeit
der Bewegungen des Werkzeuges im Bereich der Singularität nicht
von der Tätigkeit
des Roboters (schneiden, lackieren, Lasten heben etc.) abhängt und
nach deren Vorgaben optimiert wird, sondern dass sich die Geschwindigkeit
ausschließlich
nach den mechanischen Gegebenheiten und Randbedingungen des Roboters
richtet, was oft nachteilig ist.
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Es
gibt verschiedene Möglichkeiten,
diese Probleme zu minimieren, so kann beim Durchgang durch eine
solche Singularität
zusätzlich
zur Bewegung des Roboters eine Bewegung des Werkstückes durchgeführt werden
und es werden vor allem die Arbeitsgänge und Bewegungen und die
Position zwischen Roboter und Werkstück beim Festlegen des Arbeitsablaufes
so bestimmt, dass ein Erreichen einer Singularität im Zuge des Arbeitens tunlichst
vermieden wird.
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Es
ist trotz dieser im Stand der Technik bekannten Möglichkeiten
sehr wünschenswert,
einen Roboter bzw. einen Roboterarm zur Verfügung zu haben, der möglichst
frei von derartigen Singularitäten ist.
Die Variante der Erfindung, die in den 13 bis 15 dargestellt
ist, erfüllt
diese Voraussetzungen:
Der Roboterfinger 15'' der aus diesen Figuren ersichtlich
ist, entspricht im Wesentlichen dem Finger 15' mit dem Unterschied,
dass die Achse des Werkzeugträgers 9 und
der Hand 12 dann parallel zueinander verlaufen, wenn die
Achse des Zwischengliedes 27 schräg zu diesen beiden Achsen verläuft. Weiters
sind die Zahnsegmente 13, 14 bzw. 13', 14' entfallen und
durch Synchronstangen 29, die die Hand 12 mit
dem Zwischenglied 27 einerseits und das Zwischenglied 27 mit
dem Werkzeughalter 9 anderseits verbinden, ersetz. Diese
Verbindung ist analog zur Verbindung der beiden Führungsteile 16, 16' durch die Verbindungsstange 28 ausgebildet.
Die Synchronstangen und die Verbindungsstange 28 durchstoßen jeweils
die Verbindungsebene der zugehörigen
Drehachsen und bewirken so die Synchronisierung der Verschwenkung
der Fingerabschnitte.
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Zusätzlich zu
den kinematischen Vorteilen ist auch die Verbindung durch solche
Synchronstangen und durch den Verzicht auf die Zahnsegmente eine weitere
Erhöhung
der Genauigkeit durch eine entsprechende Verringerung der Toleranzen
und des unvermeidlichen Spiels bei der Bewegung des Werkzeughalters 9 bzw.
des Werkzeuges 8 erreicht.
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Die
Erfindung ist nicht auf das dargestellte Ausführungsbeispiel beschränkt sondern
kann verschiedentlich abgewandelt werden. So ist es möglich, statt
der Säule 2 oder
der Parallelkinematik 2' andere
Grundgebilde als Körper
des erfindungsgemäßen Roboterarmes
vorzusehen, es ist möglich
die Hand 12 im Arm 5 auch längsverschieblich zu lagern, dann
empfiehlt sich ein Antrieb der Betätigungsstange 21,
der fest mit der Hand 12 verbunden ist, und mit ihm sowohl
die Verschiebebewegung als auch die Drehbewegung bezüglich des
Armes 5 mitmacht. In Spezialfällen ist es möglich, statt
der Betätigungsstange 21 ein
nur auf Zug wirkendes Element, beispielsweise ein Seil oder einen
Draht, vorzusehen und die Fingerkinematik durch eine Feder entsprechend
vorzubelasten, um dieses Zugelement stets in gespanntem Zustand
zu halten. Selbstverständlich kann
bei Anwendungen des Roboters, bei denen stets eine entsprechende
Last auf den Werkzeugträger 9 wirkt,
auch auf das Vorsehen einer solchen Feder verzichtet werden.
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Es
sind Spezialfälle
denkbar, bei denen nicht nur ein Zwischenglied 27 vorgesehen
ist sondern deren mehrere, und auch Fälle, in denen eines der Gelenke
so ausgebildet ist, wie das in 2 dargestellte Gelenk,
mit Zahnsegmenten 13, 14 und ein anderes mit Synchronisierstangen 29.
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Selbstverständlich ist
es möglich,
insbesondere bei hochgenauen Anwendungen, alle zueinander beweglichen
Teile unter entsprechende Vorspannung zu setzen, um jedes Spiel
auszuschließen,
aber diese und andere aus dem Stand der Technik bekannte Maßnahmen
sind für
den Fachmann auf dem Gebiete der Robotik in Kenntnis der Erfindung
leicht auf diese anwendbar und bedürfen hier keiner näheren Erläuterung.