專利名稱：機器人、特別是噴涂機器人的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種根據主權利要求的機器人、特別是用于噴涂機動車身構件的噴涂機器人。
背景技術：
傳統噴涂機器人具有多個可相對彼此擺動和轉動的機器人元件，所述多個機器人元件在運動學上一個位于另一個之后，且引導作為施加裝置的旋轉式噴霧器，例如，其中， 旋轉式噴霧器通過多個供給線路被例如供給油漆、沖洗劑、驅動空氣和高電壓。該結構中的問題是供給線路在各個機器人元件中的引導，這是因為機器人的位置變化使得線路的所需長度產生相應的變化。因此，在眾所周知的噴涂機器人上，供給線路通過擺動關節被作為束引導，其中，束軸向上通過應變消除機構在擺動關節之前和之后被運動學上固定。機器人的位置變化所需的長度補償專門通過放置在應變消除機構之間的可見的補償回彎部實現。如上所述的用于噴涂機器人的傳統的線路引導的不足是，首先，需要放置在應變消除機構之間的補償回彎部來實現機器人運動所需的長度補償，借此，供給線路不必長些， 而長對成本、重量、油漆的損失和氣動控制時間都是不利的。長度補償所需的補償回彎部的另一不足是，補償回彎部需要相對較大的空間，所述補償回彎部通常突出超過多元件機器人臂的外部輪廓，因此限制了噴涂機器人的運動自由。而且，上述傳統的噴涂機器人的制造成本和組裝時間相對較多，這是因為供給線路需要多個軸向應變消除機構，且該多個軸向應變消除機構必須以需要大量時間和成本的方式組裝。用于噴涂機器人的供給線路的傳統的線路引導的另一不足源于噴涂機器人通常還允許繞著大致垂直的轉動軸線轉動運動，其中，供給線路被加載扭。軸向應變消除機構減少供給線路的必然吸收產生的扭轉載荷的自由軟管長度。因此，傳統的線路引導上的應變消除機構使得扭轉產生的載荷增大，從而，另外的軟管長度必須準備好來吸收產生的扭轉載荷。而且，噴涂機器人上的傳統的線路引導的另一不足是，供給線路不能在軟管引導平面上被引導，因此，妨礙使用可使清潔管道的物體通過的供給軟管。而且，不利的是，使用的供給軟管另外需要機械加載，需要相關的螺釘連接，以及在軟管安裝或軟管更換方面為了組裝和拆卸所需的時間和成本的增大。另外，對于傳統的線路引導，通常需要專門的構件，這也是不利的。
發明內容
因此，本發明的目的是提供一種噴涂機器人，其相應地改進了供給線路的線路引導。上述目的通過一種根據主權利要求的噴涂機器人實現。
根據本發明的機器人包括多個機器人元件(例如，機器人臂)，所述多個機器人元件可相對彼此樞轉或轉動。根據本發明的機器人還包括至少一個可彎曲的供給線路，所述供給線路被從近端機器人元件(例如，固定或可移動安裝的機器人基座)被引導到遠端機器人元件(例如，機器人臂)。根據本發明的機器人的特征在于，供給線路在近端機器人元件中可相對于供給線路的縱向軸線軸向移動，使得供給線路可在機器人的擺動運動過程中執行軸向補償運動。這是有利的，因為機器人中的供給線路的長度要求會隨機器人的位置變化，從而， 供給線路的軸向補償運動可補償變化的長度要求。與上述傳統噴涂機器人相比，根據本發明的機器人的供給線路軸向上未固定，從而，通常可省去軸向應力消除機構。然而，本發明并不局限于供給線路不具有任何軸向應力消除機構的機器人。相反，本發明也涵蓋例如在遠端機器人元件中設有軸向應力消除機構的這種機器人。在本發明的一個優選的實施例中，機器人還包括機械張拉元件，所述機械張拉元件在供給線路上施加軸向和朝向近端指向的恢復力。如果供給線路的長度需求由于機器人的運動減小，則張拉元件將供給線路朝近端方向回拉。如果供給線路的長度需求由于機器人的運動增大，則供給線路通過機器人的抵抗張拉元件的回拉力的運動而朝著遠端方向被牽拉。在本發明的優選實施例中，張拉元件是現有技術中公知的彈簧桿，使得供給線路的彎曲載荷產生相應的恢復力。這種彈簧桿可由彈簧鋼制成且可以螺旋形式環繞著供給線路的一部分。作為一種替代方式，彈簧桿也可位于供給線路中。因此，張拉元件通常可包括彈簧元件，所述彈簧元件可位于供給線路內和/或外。然而，彈簧桿的恢復力初始沿著徑向方向作用，然而，對于合適的線路引導結構， 該恢復力轉化為軸向作用的恢復力。在本發明的思想下，也可使用其他不同類型的張拉元件來代替彈簧桿，例如彈性的纜絞件、螺旋彈簧或GRP桿，所述GRP桿環繞供給線路，且所述GRP桿一方面接合殼體固定相配支承結構，另一方面接合安裝在供給線路上的線路凸緣，使得螺旋彈簧將線路凸緣與供給線路一起從殼體固定相配支承結構軸向推離。可在本發明的思想下使用的張拉元件的其他一個實例是公司IGUSGmbH出售的商標為Triflex 的管引導件。也可使用如DE 202 21 807 Ul中所述的張拉元件。因此，張拉元件也可直接產生軸向恢復力，即不需要由徑向恢復力轉化而來。例如，為此，張拉元件可被設計為螺旋彈簧，所述螺旋彈簧在外或內環繞著供給線路，且與供給線路的壁相連。這樣，供給線路的軸向伸長與螺旋彈簧的相應的軸向伸長關聯，借此，產生軸向恢復力。關于張拉元件，還應指出，張拉元件優選相對于近端機器人元件位置固定地設置， 且在近端機器人元件中產生恢復力。在本發明的優選的實施例中，供給線路包括補償回彎部，所述補償回彎部優選位于近端機器人元件中，其中，補償回彎部允許供給線路由于機器人的運動而產生上述軸向補償運動。因此，補償回彎部的長度優選至少為供給線路的長度在機器人的操作過程中的最大變化量那么大。 在此，補償回彎部優選包括兩個線路腿部，其中，成彈簧桿的形式的張拉元件可接合在補償回彎部的近端線路腿部上或遠端線路腿部上。而且，還應指出，在該優選實施例中，供給線路基本上在軟管引導平面上延伸，即與相應的機器人位置無關。這具有的優點在于，供給線路在機器人位置變化的情況下僅經受彎曲，而不經受扭轉，這簡化了可通過清潔管道的物體的軟管的布置。在本發明的優選的實施例中，機器人具有第一機器人元件(例如，機器人基座)， 所述第一機器人元件可選地位置固定地安裝或可在運行軌上移動地安裝，這可從現有現有技術中得知。而且，優選地，提供了第二機器人元件，所述第二機器人元件可轉動地連接到第一機器人元件，其中，第二機器人元件的轉動軸線優選垂直布置。第二機器人元件優選可轉動地連接在第一機器人元件下方，但第二機器人元件也可以可選地以可轉動的方式位于第一機器人元件上方或位于第一機器人元件的側向。而且，優選設有成機器人臂的形式的可樞轉地連接到第二機器人元件的第三機器人元件，其中，第三機器人元件的樞轉軸線優選水平布置。優選地，成機器人臂的形式的第四機器人元件可樞轉地連接到第三機器人元件， 其中，第四機器人元件的樞轉軸線也優選水平布置。第四機器人元件優選形成遠端機器人臂，所述機器人臂引導多軸機器人腕部，所述多軸機器人腕部在現有技術中是公知的，因此，在此不必進行更詳細地描述。機器人腕部最后引導工具，例如噴霧器，優選是旋轉式噴霧器。然而，本發明還涵蓋引導另一類型工具、例如用于施加縫密封劑的噴嘴頭或用于施加液體膜的涂覆頭的其他類型的機器人。對于根據本發明的機器人的上述結構，供給線路可在一個或多個或甚至所有機器人元件中軸向移動。而且，供給線路優選也可在相鄰的機器人元件之間的樞轉或轉動關節中軸向移動，以便允許前面所述的在機器人位置變化過程中的補償運動。開始在現有技術的描述中提及到，長度補償所需的補償回彎部通常在機器人臂的外部輪廓上突出，因此限制了機器人的運動自由，這是因為在外部輪廓上突出的補償回彎部與待噴涂的機動車身構件或噴涂艙的邊界之間的相碰在任何情況下都必須要避免。另一方面，在根據本發明的機器人上，線路引導結構優選設計成使供給線路在樞轉平面上與機器人位置無關地未突出超過相應的機器人元件的外部輪廓。這通過以下方式實現機械張拉元件向供給線路施加軸向恢復力而使供給線路與機器人位置無關地始終被捋順，使得供給線路不突出超過相應的機器人臂的外部輪廓。在本發明的優選的實施例中，具有三個機器人元件，所述三個機器人元件在運動學上一個位于另一個之后，且可相對彼此樞轉，其中，運動學上布置在外側的機器人元件大致位于共同的樞轉平面上，而運動學上位于它們之間的機器人元件相對于樞轉平面側向偏移，因此為供給線路留出了空間。在此，供給線路跨接運動學上位于外側的機器人元件之間的中間空間，且優選在運動學上位于中間的機器人元件的外部的側旁處在中間空間中延伸。一個方面，這種布置提供了以下優點供給線路在其整個長度上可在軟管引導平面上延伸，這簡單地實現供給線路的通過清潔管道的物體的能力。另一方面，利用這種類型的線路弓丨導也可基本上避免供給線路的彎曲。在本發明的情況下使用的術語“供給線路”優選指軟管束，所述軟管束包括多個軟管線路，其中，各個軟管線路例如可傳遞用于旋轉式噴霧器的驅動空氣、噴涂材料(例如油漆)、用于噴涂材料的溶劑、脈沖式空氣和/或用于噴霧器的靜電噴涂操作的高電壓。因此，供給線路可涉及流體線路或電線路。在本發明的優選實施例中，根據本發明的機器人還具有結構上集成的顏色變換器，所述顏色變換器優選連接到遠端機器人臂上或遠端機器人臂中，其中，流體供給線路優選可使清潔管道的物體行進到顏色變換器。還應指出的是，本發明并不局限于上述作為單個裝置的機器人，而是還包括配備有至少一個這樣的噴涂機器人的完整的噴涂設備。本發明最后還包括這種機器人在用于噴涂機動車身構件的噴涂設備中的新應用。
本發明的其他有利的改進記載在從屬權利要求中，或下面通過結合附圖描述本發明的優選實施例對此進行更詳細地解釋。附圖包括圖1示出了根據本發明的噴涂機器人的一個優選實施例的側視圖；圖2示出了圖1的噴涂機器人的俯視圖；圖3示出了圖1和2所示的噴涂機器人的透視圖；圖4A示出了用于根據圖1-3的噴涂機器人的供給線路的軸向張拉的彈簧桿的示意圖；以及圖4B示出了彈簧桿處于偏轉狀態時的示意圖。
具體實施例方式圖1-3示出了根據本發明的噴涂機器人1的多種視圖，所述噴涂機器人例如可用于在噴涂設備中對機動車身構件進行噴涂。在這種情況下，噴涂機器人1可選地靜止或可線性移動地安裝在連接凸緣2上。連接凸緣2在此定位于機器人基座3上，其中，機器人基座3在其下側承載可轉動的機器人元件4，所述機器人元件4可繞著垂直轉動軸線Al相對于機器人基座3轉動。機器人臂5可樞轉地設置在可轉動的機器人元件4上，其中，機器人臂5可繞著水平布置的樞轉軸線A2相對于機器人元件4樞轉，且使用機器人工程技術領域常用的專業術語稱之為“臂1”。遠端機器人臂6可樞轉地安裝在機器人臂5的遠端上，其中，遠端機器人臂6使用機器人工程技術領域常用的專業術語稱之為“臂2”，且可繞著水平延伸的樞轉軸線A3相對于機器人臂5樞轉。多軸機器人腕部7連接到機器人臂6的遠端上，其中，腕部7可以高度活動的方式定位傳統的旋轉式噴霧器8。 旋轉式噴霧器8在此通過顏色變換器9被供給期望的油漆，其中，顏色變換器9位于遠端機器人臂6中，因此，與旋轉式噴霧器8較為相對接近，從而，顏色變換損失被最小化。
旋轉式噴霧器8和顏色變換器9的供給通過成一束軟管的形式的供給線路10進行，所述一束軟管包括用于不同介質(例如，油漆、沖洗劑、驅動空氣等)的許多軟管線路。 供給線路10在此從閉鎖夾11開始，且初始產生補償回彎部12，所述補償回彎部12可在機器人的運動需要供給線路10的長度變化時沿著箭頭方向產生供給線路10的軸向補償運動。供給線路10在此通過成彈簧桿3 (參看圖4A和4B)的形式的機械張拉元件被張拉，其中，張拉元件13向供給線路10施加軸向和朝向近端指向的恢復力。因此，張拉元件 13試圖在圖1所示的圖中將供給線路10向上拉出機器人基座3。這使得不管機器人的位置如何，供給線路10均不會突出超過機器人臂5的外部輪廓，這特別是在圖1的側視圖中可以清楚地看出。這是有利的，這是因為通過這種方式，供給線路10不會限制噴涂機器人 1的運動自由。而且，可從圖2中看出，供給線路10在其整個長度上基本上均在軟管引導平面14 上延伸。這是有利的，因為通過這種方式，供給線路10基本上僅經受彎曲而不經受扭轉，這對于供給軟管10的通過清潔管道的物體的能力來說是有利的。關于圖4A和4B，應當指出，張拉元件13也可以可選地與供給線路10的壁連接，使得供給線路10的軸向伸長與張拉元件13的相同尺寸的軸向伸長關聯，這產生相應的軸向恢復力。本發明并不局限于前面描述的優選的示例性實施例。而是，也利用了本發明的思想、因此也落在本發明的保護范圍內的多種變型和修改也是可以的。而且，本發明與獨立權利要求的特征獨立地請求保護從屬權利要求的主題。附圖標記列表
1噴涂機器人
2連接凸緣
3機器人基座
4機器人元件
5機器人臂
6機器人臂
7機器人腕部
8旋轉式噴霧器
9顏色變換器
10供給線路
11閉鎖夾
12補償回彎部
13張拉元件
14軟管引導平面
Al旋轉軸線
A2樞轉軸線
A3樞轉軸線
權利要求
1.一種機器人(1)，特別是用于噴涂構件、例如機動車身構件的噴涂機器人，具有a)可相對彼此樞轉的多個機器人元件(3，4，5，6)，以及b)至少一個可彎曲的供給線路(10)，所述供給線路被從近端機器人元件C3)引導到遠端機器人元件(6)，其特征在于，c)供給線路(10)可在近端機器人元件(3)中相對于供給線路(10)的縱向軸線軸向移動，使得供給線路(10)可在機器人(1)的樞轉運動過程中執行軸向補償運動。
2.如權利要求1所述的機器人(1)，其特征在于，a)相鄰的機器人元件(3，4，5，6)通過關節可轉動地或可樞轉地連接到彼此，以及b)供給線路(10)穿過所述關節。
3.如前面權利要求中任一所述的機器人(1)，其特征在于，所述機器人具有機械張拉元件(13)，所述機械張拉元件在供給線路(10)上施加軸向和朝向近端指向的恢復力。
4.如權利要求3所述的機器人(1)，其特征在于，a)張拉元件(1 是彈簧桿，和/或b)張拉元件(1 相對于近端機器人元件C3)位置固定地設置，和/或c)張拉元件(1 在近端機器人元件(3)中產生恢復力，和/或d)張拉元件(1 包括螺旋彈簧，所述螺旋彈簧在內或外與供給管(10)的壁固定地連接，使得螺旋彈簧與供給線路(10)經歷相同的長度變化，且產生相應的軸向恢復力，和/或e)張拉元件(1 包括位于供給線路(10)內和/或外的彈簧元件。
5.如前面權利要求中任一所述的機器人(1)，其特征在于，a)供給線路(10)包括補償回彎部(12)，b)補償回彎部(1 位于所述近端機器人元件處，c)補償回彎部(1 允許供給線路(10)在機器人(1)的樞轉運動過程中產生軸向補償運動。
6.如權利要求5所述的機器人(1)，其特征在于，補償回彎部(1 包括兩個線路腿部，其中，張拉元件接合在補償回彎部(1 的近端線路腿部上或遠端線路腿部上。
7.如前面權利要求中任一所述的機器人(1)，其特征在于，供給線路(10)基本上在軟管引導平面(14)上延伸。
8.如前面權利要求中任一所述的機器人(1)，其特征在于，所述機器人包括a)位置固定或可在運行軌上移動的第一機器人元件(3)，和/或b)可轉動地連接到第一機器人元件(3)的第二機器人元件0)，和/或c)成機器人臂的形式的第三機器人元件(5)，所述第三機器人元件可樞轉地連接到第二機器人元件0)，和/或d)成機器人臂的形式的第四機器人元件(6)，所述第四機器人元件可樞轉地連接到第三機器人元件(5)，和/或e)連接到第四機器人元件(6)的機器人腕部(7)，和/或f)工具(8)，所述工具連接到機器人腕部(7)，且特別是成噴霧器的形式。
9.如權利要求8所述的機器人(1)，其特征在于，a)第二機器人元件的旋轉軸線(Al)大致垂直布置，和/或b)第三機器人元件( 和第四機器人元件(6)具有平行的樞轉軸線仏2，々3)，和/或c)第三機器人元件( 和第四機器人元件(6)的樞轉軸線(A2，A;3)大致水平布置，和/或d)供給線路(10)可在第二機器人元件中軸向移動，和/或e)供給線路(10)可在第三機器人元件(5)中軸向移動，和/或f)供給線路(10)可在第一機器人元件( 和第二機器人元件(4)之間的轉動關節中軸向移動，和/或g)供給線路(10)可在第二機器人元件(4)和第三機器人元件( 之間的樞轉關節中軸向移動，和/或h)供給線路(10)可在第三機器人元件( 和第四機器人元件(6)之間的樞轉關節中軸向移動。
10.如權利要求8或9所述的機器人(1)，其特征在于，a)第三機器人元件( 具有確定的外部輪廓，和b)供給線路(10)在第三機器人元件( 的樞轉平面(14)中與機器人位置無關地未突出超過第三機器人元件(5)的外部輪廓，和/或c)張拉元件(1 向供給線路(10)施加軸向恢復力而使供給線路(10)與機器人位置無關地始終被捋順，使得供給線路(10)在樞轉平面(14)上位于第三機器人元件(5)的外部輪廓內。
11.如權利要求8-10中任一所述的機器人(1)，其特征在于，a)供給線路(10)在第二機器人元件(4)與第四機器人元件(6)之間相對于樞轉平面 (14)在第三機器人元件( 側旁延伸，和/或b)供給線路(10)在第三機器人元件(5)外延伸，和/或c)供給線路(10)在第四機器人元件(6)內延伸，和/或d)供給線路(10)在第二機器人元件內延伸，和/或e)供給線路(10)至少部分在第一機器人元件(3)內延伸。
12.如前面權利要求中任一所述的機器人(1)，其特征在于a)供給線路(10)可使清潔管道的物體行進到遠端機器人元件(6)和進入到遠端機器人元件(6)中，和/或b)供給線路(10)包括軟管束，所述軟管束包括多個軟管線路。
13.如前面權利要求中任一所述的機器人(1)，其特征在于，供給線路(10)引導以下媒介和/或包含以下線路a)用于旋轉式噴霧器的驅動空氣，b)噴涂材料、特別是油漆，c)用于噴涂材料的溶劑，d)脈沖式空氣，e)用于靜電噴涂操作的高電壓，f)電信號傳輸線路，和/或g)光波引導元件。
14.如權利要求8-13中任一所述的機器人(1)，其特征在于，所述機器人具有安裝在第四機器人元件(6)上或第四機器人元件(6)中的顏色變換器。
15.一種用于噴涂機動車身構件的噴涂設備，所述噴涂設備具有根據前面權利要求中任一所述的機器人(1)。
16.根據權利要求1-14中任一所述的機器人(1)在用于噴涂機動車身構件的噴涂設備中的應用。
全文摘要
本發明涉及一種機器人(1)，特別是用于噴涂構件、例如機動車身構件的噴涂機器人，具有可相對彼此樞轉的多個機器人元件(3，4，5，6)和至少一個可彎曲的供給線路(10)，所述供給線路被從近端機器人元件(3)引導到遠端機器人元件(6)。本發明提出，近端機器人元件(3)中的供給線路(10)可相對于供給線路(10)的縱向軸線軸向移動，使得供給線路(10)可在機器人(1)的樞轉運動過程中執行軸向補償運動。
文檔編號B25J19/00GK102333622SQ201080009658
公開日2012年1月25日 申請日期2010年2月3日 優先權日2009年2月27日
發明者A·科爾默 申請人:杜爾系統有限責任公司