Roboter

Die vorliegende Erfindung betrifft einen ein- oder mehrgliedrigen Roboter sowie ein Umschlingungs-Wälz-Getriebe. Insbesondere in der Consumerrobotik besteht Bedarf nach Robotern, die nach Möglichkeit leicht, kostengünstig und/oder wartungsarm und trotzdem präzise und/oder sicher sein und/oder hohe Wirkungsgrade und/oder Verstellbereiche aufweisen sollen. Entsprechend besteht insbesondere bei solchen Robotern Bedarf nach Getrieben, die kostengünstig, wartungsarm, präzise und/oder sicher sind und/oder hohe Wirkungsgrade und/oder Verstellbereiche aufweisen.

Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen vorteilhaften Roboter bzw. ein vorteilhaftes Getriebe zur Verfügung zu stellen, der bzw. das vorzugsweise eine oder mehrere der oben genannten, teilweise komplementären, Anforderungen erfüllt.

Diese Aufgabe wird durch einen Roboter mit den Merkmalen des Anspruchs 1 bzw. ein Getriebe mit den Merkmalen des Anspruchs 16 gelöst. Die Unteransprüche betreffen vorteilhafte Weiterbildungen.

Nach einem Aspekt der vorliegenden Erfindung weist ein Umschlingungs-Wälz- Getriebe, insbesondere für einen hier beschriebenen Roboter, insbesondere wenigstens ein Umschlingungs-Wälz-Getriebe eines hier beschriebenen Roboters, zwei Scheiben auf, die durch ein Zugmittel, insbesondere reib- und/oder

formschlüssig, gekoppelt, insbesondere in einer oder mehreren, insbesondere allen (möglichen) Getriebestellungen, teilweise oder vollständig, insbesondere gegensinnig bzw. überkreuzend, umschlungen, sind und aufeinander, insbesondere reib- und/oder formschlüssig, abwälzen und vorliegend auch als (antriebsseitige) An- bzw.

(abtriebsseitige) Abtriebsscheibe des Getriebes bezeichnet werden.

Entsprechend weist nach einem Aspekt der vorliegenden Erfindung ein Roboter ein oder mehrere Glieder, das bzw. die (jeweils) in einem Gelenk gelagert ist/sind, und (jeweils) einen Antrieb zum Bewegen bzw. Verstellen, insbesondere Drehen, dieses (Dreh)Gelenks bzw. dieser (Dreh)Gelenke auf, wobei (jeweils) ein gliedseitiges, insbesondere -festes, Eintriebselement zum Bewegen des (jeweiligen) Gelenks mit einer Antriebsscheibe des (jeweiligen) Antriebs (die) zwei durch ein Zugmittel, insbesondere reib- und/oder formschlüssig, gekoppelten, insbesondere in einer oder mehreren, insbesondere allen (möglichen) Getriebe- bzw. Gelenkstellungen, teilweise oder vollständig, insbesondere gegensinnig bzw. überkreuzend, umschlungenen, und aufeinander, insbesondere reib- und/oder formschlüssig, abwälzenden Scheiben eines (hier beschriebenen) Umschlingungs-Wälz-Getriebes bzw. eine (Abtriebs- bzw. angetriebene) der zwei Scheiben des Umschlingungs-Wälz-Getriebes bildet, wobei die Antriebsscheibe des (jeweiligen) Antriebs die andere (Antriebs- bzw. antreibende) der zwei Scheiben des Umschlingungs-Wälz-Getriebes bildet.

Bei einem solchen Umschlingungs-Wälz-Getriebe wird ein Antriebsmoment bzw. eine Drehbewegung der antreibenden Scheibe vorteilhafterweise sowohl durch das Zugmittel als auch durch das Abwälzen auf die angetriebene Scheibe übertragen. Hierdurch können in einer Ausführung Baugröße, Gewicht, Lagerbelastung und/oder Spiel reduziert und/oder Sicherheit, Verstellbereich und/oder Wirkungsgrad erhöht werden.

Insbesondere kann hierdurch in einer Ausführung eine vorteilhafte Übersetzung von einer Drehzahl der einen (Antriebs- bzw. antreibenden) Scheibe auf eine Drehzahl der anderen (Abtriebs- bzw. angetriebenen) Scheibe realisiert werden, die in einer

Ausführung wenigstens 1 ,1 :1 , insbesondere wenigstens 1 ,5:1 , und/oder höchstens 5:1 , insbesondere höchstens 4:1 , beträgt:

1,1 , 1,5 _^ Drehzahlder Antriebs - bzw. antreibenden Scheibe 4 , 5

— bzw.— < <— bzw.—

1 1 Drehzahl der Abtriebs - bzw. angetriebenen Scheibe 1 1

Der Antrieb weist in einer Ausführung ein, insbesondere Zahnrad- und/oder einstufiges, Getriebe und/oder einen Elektro-, insbesondere Servomotor auf.

Hierdurch kann in einer Ausführung ein vorteilhafter, insbesondere kompakter und/oder wartungsarmer, Antrieb realisiert werden. Durch die Übersetzung des Umschlingungs-Wälz-Getriebe wird in einer Ausführung ein Spiel des Antriebs vorteilhaft entsprechend reduziert.

Er ist in einer Ausführung an, insbesondere wenigstens teilweise in, einem an dem (jeweiligen) mehrschichtigen Glied gelagerten weiteren, insbesondere gleich aufgebauten, Glied des Roboters angeordnet, insbesondere befestigt, insbesondere in dessen nachfolgend erläuterter Einleitungs-, Struktur- und/oder Stützschicht.

Das Zugmittel ist in einer Ausführung seil- bzw. kabel- oder bandförmig und/oder zusammenhängend, insbesondere einteilig bzw. -stückig , ausgebildet und/oder weist eine Zugsteifigkeit auf, die wenigstens 2 GPa, insbesondere wenigstens 2,5 GPa, insbesondere wenigstens 3 GPa aufweist wie beispielsweise Dyneema®, Kevlar® oder dergleichen. Hierdurch kann in einer Ausführung eine vorteilhafte, insbesondere zuverlässige, Kopplung realisiert werden.

In einer Ausführung wälzen die zwei Scheiben des Umschlingungs-Wälz-Getriebes bzw. das gliedseitige Eintriebselement bzw. die gliedseitige, insbesondere -feste, Abtriebsscheibe und die Antriebsscheibe des Antriebs reibschlüssig aufeinander ab bzw. bilden ein Reibrad(teil)getriebe. Hierdurch kann das Umschlingungs-Wälz- Getriebe in einer Ausführung vorteilhaft bei Überlastung, insbesondere unter entsprechender Dehnung oder Versagen der Zugmittelkopplung, durchrutschen und so die Sicherheit erhöhen. Gleichermaßen können die zwei Scheiben in einer Ausführung auch formschlüssig aufeinander abwälzen, insbesondere ein

Zahnrad(teil)getriebe, insbesondere Stirn rad(teil)getriebe, bilden.

Zusätzlich oder alternativ spannt bzw. presst in einer Ausführung das Zugmittel die zwei Scheiben des Umschlingungs-Wälz-Getriebes bzw. gliedseitige(s)

Eintriebselement bzw. Abtriebsscheibe und Antriebsscheibe des Antriebs radial gegeneinander bzw. wird hierzu verwendet.

Hierdurch kann das Zugmittel in einer Ausführung vorteilhaft eine Vorspannfunktion zum Bewirken des Reibschlusses des Reibrad(teil)getriebes und eine

Kopplungsfunktion zum reib- und/oder formschlüssigen Koppeln der zwei Scheiben vereinen und/oder eine Lagerbelastung reduzieren. In einer Ausführung ist das Zugmittel, insbesondere hierzu und/oder elastisch und/oder durch ein oder mehrere Spannmittel, vorgespannt, das bzw. die in einer Ausführung (jeweils) ein oder mehrere Zug- und/oder Druckfeder(n) aufweisen und/oder (jeweils) an einem Ende des Zugmittels und/oder an, insbesondere in, einer der zwei Scheiben bzw. einem von dem Eintriebselement und der Antriebsscheibe angeordnet sind.

Hierdurch kann in einer Ausführung ein Reibschluss zwischen den beiden Scheiben und/oder zwischen dem Zugmittel und den Scheiben verbessert werden.

Die Richtungsangabe„axial" kann vorliegend insbesondere die Richtung der

Drehachse des Gelenks bzw. der zwei Scheiben des Umschlingungs-Wälz-Getriebes bezeichnen, die Richtungsangabe .radial" entsprechend insbesondere eine hierzu und/oder zu einer Umfangs- bzw. Drehrichtung senkrechte Richtung. In einer

Ausführung beträgt ein Winkel zwischen den beiden Drehachsen des Umschlingungs- Wälz-Getriebes höchstens 45°, insbesondere höchstens 15°, insbesondere höchstens 5°, in einer Ausführung sind sie entsprechend insbesondere parallel zueinander.

In einer Ausführung umschlingt das Zugmittel in einer oder mehreren, insbesondere allen, Getriebe- bzw. Gelenkstellungen eine oder beide der zwei Scheiben des Umschlingungs-Wälz-Getriebes (jeweils) vollständig oder teilweise, insbesondere form- und/oder reibschlüssig. In einer Weiterbildung weist das Zugmittel in einer oder mehreren Gelenkstellungen wenigstens eine Schlinge bzw. ein zulaufendes Auge auf, die eine der Scheiben des Umschlingungs-Wälz-Getriebes, insbesondere die

Antriebsscheibe, umschlingt. Zusätzlich oder alternativ weist das Zugmittel in einer Ausführung ein oder zwei Enden auf, das bzw. die an einer der Scheiben des

Umschlingungs-Wälz-Getriebes, insbesondere dem Eintriebselement bzw. der Abtriebsscheibe, befestigt ist/sind, insbesondere über bzw. durch das bzw. die Spannmittel.

In einer Ausführung kreuzen entsprechend wenigstens zwei Abschnitte bzw. Trume des Zugmittels einander, insbesondere in einem Kontakt bereich der zwei Scheiben des Umschlingungs-Wälz-Getriebes, bzw. verlaufen axial gegeneinander versetzt auf die Scheiben auf bzw. von diesen ab. Zusätzlich oder alternativ sind in einer Ausführung wenigstens zwei Abschnitte des Zugmittels in einer oder mehreren Gelenkstellungen wenigstens auf einem, insbesondere von einem bzw. dem Kontakt bereich der zwei Scheiben des

Umschlingungs-Wälz-Getriebes beabstandeten, Abschnitt wenigstens einer der Scheiben des Umschlingungs-Wälz-Getriebes, insbesondere dem Eintriebselement bzw. der Abtriebsscheibe, axial beabstandet, insbesondere in voneinander axial beabstandeten Nuten geführt.

Zusätzlich oder alternativ sind in einer Ausführung wenigstens zwei Abschnitte des Zugmittels in einer oder mehreren Gelenkstellungen wenigstens auf einem, insbesondere von einem bzw. dem Kontakt bereich der zwei Scheiben des

Umschlingungs-Wälz-Getriebes beabstandeten, Abschnitt wenigstens einer der Scheiben des Umschlingungs-Wälz-Getriebes, insbesondere dem Eintriebselement bzw. der Abtriebsscheibe, axial benachbart bzw. kontaktieren einander, insbesondere in derselben Nut geführt. Entsprechend oder alternativ ist in einer Ausführung in einer oder mehreren, insbesondere allen, Gelenkstellungen auf einer oder beiden der Scheiben des Umschlingungs-Wälz-Getriebes (jeweils) wenigstens ein Abschnitt des Zugmittels formschlüssig geführt, insbesondere in einer (Umfangs)Nut.

Hierdurch kann in einer Ausführung jeweils, insbesondere in Kombination, eine vorteilhafte, insbesondere kompakte und/oder spielarme, Kopplung der beiden Scheiben über bzw. durch das Zugmittel realisiert werden.

In einer Ausführung weist bzw. weisen eine oder beide der zwei Scheiben des Umschlingungs-Wälz-Getriebes (jeweils) eine Mantelfläche auf, die konkav (geformt) ist.

Hierdurch können in einer Ausführung das Zugmittel vorteilhaft axial zentriert werden und/oder die Scheiben einander an ihren axial außenliegenden Rändern kontaktieren.

Zusätzlich oder alternativ ist in einer Ausführung die Elastizität und/oder der

Reibkoeffzient einer bzw. der Mantelfläche einer oder beider der zwei Scheiben des Umschlingungs-Wälz-Getriebes (jeweils) größer als die Elastizität bzw. der Reibkoeffzient eines mittleren bzw. Zentralbereichs einer (axialen) Stirnfläche dieser Scheibe.

Insbesondere hierzu kann in einer Ausführung die Mantelfläche einer oder beider der zwei Scheiben des Umschlingungs-Wälz-Getriebes (jeweils) eine, insbesondere elastomere, Beschichtung, insbesondere eine Gummibeschichtung, aufweisen.

Hierdurch kann in einer Ausführung jeweils, insbesondere in Kombination, eine vorteilhafte, insbesondere zuverlässige, Kopplung der beiden Scheiben über bzw. durch das Zugmittel und/oder ein vorteilhaftes, insbesondere kompaktes und/oder spielarmes, Reibrad(teil)getriebe realisiert werden. Nach einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung, der insbesondere mit dem hier beschriebenen Aspekt des Umschlingungs-Wälz-Getriebes kombiniert oder wie dieser auch eigenständig realisiert sein kann, weist ein bzw. der Roboter das bzw. ein oder die bzw. mehrere Glieder, das bzw. die (jeweils) in einem bzw. dem Gelenk gelagert ist/sind, und (jeweils) einen bzw. den Antrieb zum Bewegen bzw. Verstellen, insbesondere Drehen, dieses Gelenks bzw. dieser Gelenke auf, wobei (jeweils) ein bzw. das gliedseitige(s), insbesondere -feste(s), Eintriebselement zum Bewegen des (jeweiligen) Gelenks mit einer Einleitungsschicht des (jeweiligen) Glieds verbunden oder integral ausgebildet ist, die ihrerseits mit einer Strukturschicht dieses

mehrschichtigen Glieds, insbesondere form-, reib und/oder stoffschlüssig, verbunden, insbesondere verklebt, -lötet und/oder -schweißt, ist, wobei Einleitungs- und

Strukturschicht in einer Ausführung separat voneinander hergestellt und miteinander gefügt sind.

Durch den mehrschichtigen Aufbau des Glieds bzw. der Glieder kann in einer Ausführung ein vorteilhafter, insbesondere leichter und/oder kostengünstiger, Roboter und/oder eine - bezogen auf sein Gewicht - hohe Traglast zur Verfügung gestellt werden, welche in einer Ausführung in einer maximal gestreckten Pose wenigstens 1 kg, insbesondere wenigstens 4 kg, und/oder höchstens 25kg, insbesondere höchstens 10 kg, beträgt. Insbesondere kann in einer Ausführung ein

Antriebsdrehmoment vorteilhaft, insbesondere homogen(er), über die

Einleitungsschicht in das Glied bzw. (von dieser) in die Strukturschicht eingeleitet werden. In einer Ausführung ist das Eintriebselement scheibenartig ausgebildet, insbesondere als eine (Abtriebs- bzw. abtriebsseitige) der zwei Scheiben eines hier beschriebenen Umschlingungs-Wälz-Getriebes.

Zusätzlich oder alternativ ist es in einer Ausführung mit der Einleitungsschicht form-, reib- und/oder stoffschlüssig verbunden und/oder mit der Strukturschicht form-, reib- und/oder stoffschlüssig verbunden, in einer Weiterbildung mit der Einleitungsund/oder Strukturschicht verpresst, -klebt, -lötet und/oder -schweißt. Hierzu oder alternativ kann das Antriebselement in einer Ausführung einen oder mehrere einander kreuzende Stege, insbesondere ein Kreuz, aufweisen, der bzw. die bzw. das in eine, insbesondere hierzu kongruente, Vertiefung, insbesondere Durchgangsöffnung in der Einleitungsschicht eingreift/eingreifen, diese insbesondere durchgreift/durchgreifen und in die darunterliegende Strukturschicht eingreift/eingreifen.

Hierdurch kann in einer Ausführung eine kompakte und/oder leichte Bauform und/oder eine vorteilhafte, insbesondere homogene, Kraftein- und/oder -weiterleitung realisiert werden.

In einer Ausführung weist die Strukturschicht wenigstens abschnittsweise eine Sandwich-, Waben- und/oder Schaumstruktur auf.

Zusätzlich oder alternativ beträgt in einer Ausführung ein Volumen der Strukturschicht wenigstens das Zehnfache eines Volumens der Einleitungsschicht. Zusätzlich oder alternativ ist die Strukturschicht in einer Ausführung aus Papier, insbesondere Pappe, Kunststoff und/oder Metall, insbesondere Kunststoff- und/oder Metallschaum, hergestellt.

Hierdurch kann in einer Ausführung jeweils, insbesondere in Kombination, ein vorteilhafter, insbesondere leichter, stabiler und/oder kostengünstiger, Roboter realisiert werden.

In einer Ausführung ist eine der Einleitungsschicht gegenüberliegende Seite der Strukturschicht mit einer Stützschicht und/oder einem oder mehreren Stützbalken, insbesondere stoffschlüssig, verbunden, insbesondere verklebt, -lötet und/oder - schweißt. Der bzw. die Stützbalken ist/sind in einer Ausführung neben der

Stützschicht angeordnet.

In einer Ausführung ist/sind der bzw. einer oder mehrere der Stützbalken aus Papier, insbesondere Pappe, Kunststoff und/oder Metall, insbesondere Kunststoff- und/oder Metallschaum, hergestellt und/oder weist/weisen wenigstens abschnittsweise eine Sandwich-, Waben- und/oder Schaumstruktur auf, er bzw. sie kann/können insbesondere mit der Strukturschicht struktur- und/oder materialgleich (ausgebildet) sein. Gleichermaßen kann/können er bzw. sie auch stabartig ausgebildet sein.

Durch Stützschicht und/oder Stützbalken können in einer Ausführung insbesondere Druckkräfte vorteilhaft abgestützt und so die Strukturschicht entlastet und/oder eine Durchbiegung des Glieds reduziert und so eine Präzision des Roboters verbessert werden. Insbesondere hierzu erstrecken sich Einleitungs- und/oder Stützschicht und/oder Stützbalken in einer Ausführung über wenigstens 50%, insbesondere wenigstens 75%, einer Länge der Strukturschicht. In einer Ausführung ist eine Steifigkeit, insbesondere eine Biege-, Zug-, Druck- und/oder Torsionssteifigkeit, der Einleitungs- und/oder der Stützschicht, insbesondere ihres Materials und/oder ihrer Geometrie, und/oder eine Steifigkeit, insbesondere eine Biege-, Zug-, Druck- und/oder Torsionssteifigkeit, der, insbesondere stoffschlüssigen, Verbindung, insbesondere Verklebung, -schweißung und/oder -lötung, der

Einleitungs- und/oder der Stützschicht mit der Strukturschicht in einem proximalen Bereich, der dem Gelenk näher ist als ein distaler Bereich, größer als eine bzw. die entsprechende Steifigkeit, insbesondere eine Biege-, Zug-, Druck- und/oder

Torsionssteifigkeit, der Strukturschicht, insbesondere ihres Materials und/oder ihrer Geometrie, und/oder größer als die Steifigkeit in dem distalen Bereich und/oder kleiner als eine bzw. die entsprechende Steifigkeit, insbesondere eine Biege-, Zug-, Druck- und/oder Torsionssteifigkeit, einer Lagerung einer Achse des Gelenks, insbesondere ihres Materials und/oder ihrer Geometrie. Unter einer Steifigkeit wird vorliegend insbesondere in fachüblicher Weise ein Quotient eines Betrags einer Bleastung, die zu einer bestimmten Verformung erforderlich ist bzw. führt, dividiert durch einen Betrag dieser Verformung verstanden, unter einer Steifigkeit eines Materials entsprechend insbesondere dessen E(lastizitäts)-Modul, unter einer Steifigkeit einer Geometrie insbesondere ein entsprechendes bzw. für die Verformung maßgebliches Flächenträgheitsmoment der Geometrie. In einer Ausführung weist die Einleitungs- und/oder Stützschicht in dem proximalen Bereich ein kleinmaschigeres Gitter und in dem distalen Bereich ein demgegenüber grobmaschigeres Gitter mit größeren Gittermaschen auf, um so eine Steifigkeit von proximal zu distal zu reduzieren.

Hierdurch kann in einer Ausführung ein Antriebsdrehmoment vorteilhaft, insbesondere homogen(er), über die Einleitungsschicht in das Glied bzw. (von dieser) in die

Strukturschicht bzw. (von dieser) wenigstens teilweise auf Stützschicht und/oder - balken eingeleitet werden. In einer Ausführung ist die Einleitungs- und/oder die Stützschicht wenigstens abschnittsweise platten-, insbesondere schalen- und/oder gitterartig und/oder aus Kunststoff und/oder Metall hergestellt.

Hierdurch kann in einer Ausführung jeweils, insbesondere in Kombination, ein vorteilhafter, insbesondere leichter, stabiler und/oder kostengünstiger, Roboter realisiert werden.

In einer Ausführung ist eine Achse des Gelenks des mehrschichtigen Glieds bzw. wenigstens eines der mehrschichtigen Glieder (jeweils) mit dessen Stützschicht integral ausgebildet oder verbunden, insbesondere mit einer, insbesondere integral mit dieser Stützschicht ausgebildeten und/oder durch Rippen abgestützten, Buchse der Stützschicht und/oder form-, reib- und/oder stoffschlüssig, insbesondere verpresst, -klebt, -lötet und/oder -schweißt.

Zusätzlich oder alternativ durchgreift die Achse in einer Ausführung das

Eintriebselement, insbesondere form-, reib- und/oder stoffschlüssig, oder ist integral mit dem Antriebselement ausgebildet. Zusätzlich oder alternativ ist in einer Ausführung die Achse an einem anderen Glied des Roboters, insbesondere an der Stütz- und/oder an der Einleitungsschicht eines gleich bzw. in hier beschriebener Weise aufgebauten anderen Glieds des Roboters, und/oder eine Achse eines weiteren Gelenks zur Lagerung eines weiteren,

insbesondere gleich bzw. in hier beschriebener Weise aufgebauten, Glieds des Roboters an der Stütz- und/oder Einleitungsschicht des (einen) mehrschichtigen Glieds gelagert, insbesondere (jeweils) über bzw. durch ein oder mehrere axial voneinander beabstandete Wälzlager, das bzw. die in einer Ausführung in einer entsprechenden Aufnahme der (jeweiligen) Stütz- bzw. Einleitungsschicht angeordnet, insbesondere form-, reib- und/oder stoffschlüssig befestigt, sein können,

insbesondere über Lagerhülsen, insbesondere aus Metall.

Zusätzlich oder alternativ ist in einer Ausführung die Achse des Gelenks, in dem das mehrschichtige Glied gelagert ist, und/oder die Achse des weiteren Gelenks zur Lagerung des weiteren Glieds aus Metall, insbesondere Leichtmetall, insbesondere einer Aluminiumlegierung, und/oder Kunststoff hergestellt und/oder als Hohlwelle ausgebildet, insbesondere mit konstantem oder variierendem Durchmesser.

Hierdurch kann in einer Ausführung jeweils, insbesondere in Kombination, ein vorteilhafter, insbesondere leichter, stabiler und/oder kostengünstiger, Roboter realisiert werden. In einer Ausführung weist der Roboter wenigstens eine, insbesondere wenigstens zwei, Gelenkstellung(en) auf, in der bzw. denen das bzw. eines der mehrschichtige(n) Glied(er jeweils) parallel zu einem vorhergehenden und/oder parallel zu einem nachfolgenden Glied (angeordnet bzw. ausgerichtet) ist, das an diesem

mehrschichtigen Glied drehbar gelagert und/oder diesem gleich bzw. in hier beschriebener Weise mehrschichtig aufgebaut ist, bzw. ist in diese Gelenkstellung(en) verstellbar.

Hierdurch können diese Glieder in einer Ausführung eine (kompakt) gefaltete Pose, in der sie (axial) auf- bzw. übereinander (gestapelt bzw. aufgereiht) sind, und/oder eine (maximal) gestreckte Pose einnehmen und/oder eine vorteilhafte Beweglichkeit zur Verfügung stellen.

Weitere Vorteile und Merkmale ergeben sich aus den Unteransprüchen und den Ausführungsbeispielen. Hierzu zeigt, teilweise schematisiert,:

Fig. 1 : einen Roboter nach einer Ausführung der vorliegenden Erfindung in perspektivischer Ansicht; Fig. 2: den Roboter in einer maximal gestreckten Pose;

Fig. 3: den Roboter in einer kompakt gefalteten Pose;

Fig. 4: den Roboter in einer weiteren Pose;

Fig. 5: ein mehrschichtiges Glied des Roboters in einer

Explosionsdarstellung;

Fig. 6: einen Axialschnitt durch ein Gelenk des Roboters, in dem dieses

Glied gelagert ist;

Fig. 7: ein Umschlingungs-Wälz-Getriebe des Roboters nach einer

Ausführung der vorliegenden Erfindung in perspektivischer Ansicht; Fig. 8: das Umschlingungs-Wälz-Getriebe in einer axialen Draufsicht in einer

Ausgangs-Gelenkstellung;

Fig. 9: das Umschlingungs-Wälz-Getriebe in einer um 45° gegen die

Ausgangs-Gelenkstellung verdrehten Gelenkstellung;

Fig.10: das Umschlingungs-Wälz-Getriebe in einer um 180° gegen die

Ausgangs-Gelenkstellung verdrehten Gelenkstellung;

Fig.11 : das Umschlingungs-Wälz-Getriebe in einer um 225° gegen die

Ausgangs-Gelenkstellung verdrehten Gelenkstellung; und

Fig. 12: das Umschlingungs-Wälz-Getriebe in einer um -225° gegen die

Ausgangs-Gelenkstellung verdrehten Gelenkstellung.

Fig. 1 zeigt einen Roboter nach einer Ausführung der vorliegenden Erfindung in perspektivischer Ansicht.

Dieser weist drei gleich aufgebaute Glieder 100 auf, von denen ein erstes bzw.

proximales (links in Fig. 1) um eine vertikale Drehachse drehbar an einer vertikal bzw. translatorisch verstellbaren Vertikalachse 200 des Roboters gelagert ist. An einem dritten bzw. distalen der drei gleich aufgebaute Glieder 100 (rechts in Fig. 1) ist ein Greifer 210 des Roboters beweglich gelagert. Das erste bzw. proximale und das dritte bzw. distale dieser Glieder 100 sind jeweils um vertikale Drehachsen an einem zweiten bzw. mittleren der drei gleich aufgebauten Glieder 100 gelagert. Der Roboter ist hierdurch insbesondere in eine maximal gestreckte Pose (vgl. Fig. 2), in der die drei gleich aufgebauten Glieder 100 parallel zueinander sind, und eine kompakt gefaltete Pose (vgl. Fig. 3), in der sie ebenfalls parallel zueinander und zudem axial auf- bzw. übereinander gestapelt bzw. aufgereiht sind, sowie in weitere Posen verstellbar, von denen Fig. 4 eine exemplarisch zeigt. Fig. 5 zeigt eines der drei gleich aufgebauten mehrschichtigen Glieder 100 des

Roboters in einer Explosionsdarstellung, wobei ein Zusammenbau seiner einzelnen Elemente durch vertikale Montagepfeile angedeutet ist.

Wie insbesondere in dieser Fig. 5 erkennbar, weist jedes der drei gleich aufgebauten mehrschichtigen Glieder 100 des Roboters jeweils eine Einleitungsschicht bzw. - schale 110 aus Kunststoff auf, die abschnittsweise gitterartig ausgebildet ist.

Diese wird bzw. ist mit einer Strukturschicht aus Pappe oder Kunststoff verklebt, die aus einer Sandwich-Waben-Struktur besteht, bei der ein Ober- und ein Untergurt 121 Waben 122 sandwichartig abdecken und die wenigstens das zehnfache Volumen der Einleitungsschicht bzw. -schale 1 10 aufweist und damit bei geringem Gewicht ein großes Flächenträgheitsmoment zur Verfügung stellt.

Eine der Einleitungsschicht 110 gegenüberliegende Seite der Strukturschicht 120, 121 (unten in Fig. 5) wird bzw. ist mit einer Stützschicht bzw. -schale 130 und zwei beidseits dieser Stützschicht 130 angeordneten Stützbalken verklebt, von denen in Fig. 5 zur besseren Übersicht nur ein Stützbalken 140 gezeigt ist und die struktur- und materialgleich zu bzw. mit der Strukturschicht 120, 121 ebenfalls aus einer Sandwich- Waben-Struktur aus Pappe oder Kunststoff bestehen.

Die Stützschicht bzw. -schale 130 ist wie die Einleitungsschicht bzw. -schale 110 aus Kunststoff hergestellt und abschnittsweise gitterartig ausgebildet. Sie weist eine integral ausgebildete Buchse 131 auf, in die eine Achse in Form einer Hohlwelle 150 eingepresst und/oder -klebt wird bzw. ist, die ein Eintnebselement bzw. eine Abtriebsscheibe 20 eines nachfolgend näher erläuterten Umschlingungs-Wälz- Getriebes zum Bewegen des mehrschichtigen Gliedes 100 durchgreift und in

Wälzlagern 151 ' in einem benachbarten der drei gleich aufgebauten Glieder 100 (in Fig. 5 nicht dargestellt, vgl. Fig. 6) oder der Vertikalachse 200 gelagert wird bzw. ist.

Die entsprechenden Elemente dieses benachbarten der drei gleich aufgebauten Glieder 100 sind in Fig. 6 mit Fig. 5 entsprechenden Bezugszeichen identifiziert und von den Merkmalen des Gliedes der Fig. 5 (unten in Fig. 6) durch Apostrophe differenziert.

Die Achse bzw. Hohlwelle 150 wird bzw. ist auch in das Eintnebselement bzw. die Abtriebsscheibe 20 eingepresst und/oder -klebt.

In gleicher Weise wird bzw. ist umgekehrt eine Achse (in Fig. 5 nicht dargestellt) eines weiteren Gelenks zur Lagerung eines weiteren der drei gleich aufgebauten Glieder 100 oder des Greifers 210 des Roboters in zwei axial voneinander beabstandeten Wälzlagern 151 gelagert, die über Lagerhülsen 152 aus Metall in einer Aufnahme 133 der Stützschicht 130 des mehrschichtigen Gliedes der Fig. 5 befestigt sind, wobei die Lagerhülsen 152 eingepresst und/oder -klebt und die Wälzlagern 151 eingepresst werden bzw. sind. Zusätzlich wird bzw. ist ein Antrieb 10' zum Bewegen dieses weiteren Gelenks bzw. Glieds bzw. Greifers in einer integral ausgebildeten Aufnahme der Stützschicht 130 des mehrschichtigen Gliedes der Fig. 5 eingepresst und/oder -klebt. In gleicher weise wird bzw. ist umgekehrt ein Antrieb 10 (vgl. Fig. 6) zum Bewegen des

mehrschichtigen Gliedes der Fig. 5 um seine Achse 150 an dem diesem

vorhergehenden der drei gleich aufgebauten Glieder 100 (in Fig. 5 nicht dargestellt, vgl. Fig. 6) oder der Vertikalachse 200 befestigt. Zusätzlich kann ein Sensor 300 zur Erfassung der Gelenkstellung an der Stützschicht bzw. -schale 130 befestigt werden bzw. sein. Insbesondere mit Bezug auf Fig. 6 - 12 wird nun ein Umschlingungs-Wälz-Getriebe zum Bewegen einer der drei gleich aufgebauten Glieder 100 oder des Greifers 210 des Roboters näher erläutert.

Das Umschlingungs-Wälz-Getriebe weist jeweils eine(s) der Eintriebselemente bzw. Abtriebsscheiben 20 auf, die einleitungsschichtseitig jeweils ein Kreuz aufweisen, das eine kongruente, kreuzförmige Durchgangsöffnung der jeweiligen Einleitungsschicht bzw. -schale 110 durchgreift, und mit dieser Einleitungsschicht bzw. -schale 110 verklebt sind (vgl. Fig. 5). Hierdurch kann vorteilhaft ein Teil des Kippmoments der Achse 150 abgestützt werden. Zusätzlich ist das Kreuz auch mit der Strukturschicht 121 , 122 verpresst und/oder -klebt.

Weiter weist das Umschlingungs-Wälz-Getriebe jeweils eine bzw. die Antriebsscheibe 11 bzw. 11 ' des entsprechenden Antriebs 10 bzw. 10' auf, die mit einem Abtrieb eines einstufigen Getriebes 12 des Antriebs verbunden oder integral ausgebildet ist, welcher von einem Elektromotor des Antriebs aktuiert wird. Antriebsscheibe 11 und Eintriebselement bzw. Abtriebsscheibe 20 wälzen

reibschlüssig aufeinander ab. (Auch) zur Erzeugung der hierzu erforderlichen radialen Anpresskraft umschlingt sie ein Zugmittel 30, dessen Enden 31 durch Spannfedern 40 an Eintriebselement bzw. Abtriebsscheibe 20 befestigt sind, so dass das Zugmittel 30 vorgespannt wird bzw. ist. Das Zugmittel 30 bildet eine Schlinge, die die Antriebsscheibe 11 umschlingt und in einem Kontaktbereich von An- und Abtriebsscheibe 11 , 20 axial beabstandete, einander kreuzende Abschnitte aufweist, die in axial beabstandete Umfangsnuten der Abtriebsscheibe 20 ein- bzw. aus diesen auf die konkave Mantelfläche der

Antriebsscheibe 11 auflaufen, auf der die Schlinge bzw. das Zugmittel 30 durch die konkave Form der Mantelfläche auf dieser axial zentriert werden.

Zur Verbesserung des Reibschlusses zwischen Zugmittel 30 bzw. Schlinge und Abtriebsscheibe 20 und zwischen Antriebsscheibe 11 und Abtriebsscheibe 20 ist die konkave Mantelfläche der Abtriebsscheibe 20 gummiert. In Fig. 8 - 12 ist ein Abschnitt des Zugmittels 30, der in einer axial bzw. in

Blickrichtung auf die Fig. 8 oberen der beiden Umfangsnuten der Abtriebsscheibe 20 geführt ist, strichpunktiert bzw. blau angedeutet, ein Abschnitt, der in einer axial bzw. in Blickrichtung auf die Fig. 8 unteren der beiden Umfangsnuten der Abtriebsscheibe 20 geführt ist, gestrichelt bzw. orange. Zur Verdeutlichung der Zugmittelkinematik sind die axial voneinander beabstandeten Abschnitte des Zugmittels, die die

Abtriebsscheibe 20 umschlingen bzw. in dessen Nuten geführt sind, dabei radial voneinander getrennt dargestellt, während sie in der realen Ausführung axial miteinander fluchten können, insbesondere, wenn teilweise zwei Abschnitte in derselben Umfangsnute der Abtriebsscheibe 20 geführt bzw. einander axial benachbart sind.

In einer in Fig. 8 gezeigten symmetrischen Ausgangsstellung läuft ein Abschnitt 30A des Zugmittels 30 von der konkaven und gummierten Mantelfläche der

Antriebsscheibe 11 in die axial bzw. in Blickrichtung auf die Fig. 8 obere Nut der Abtriebsscheibe 20 und aus dieser zu der in der Zeichenebene der Fig. 8 vertikal oberen Spannfeder 40, an der das Ende 31 dieses Abschnitts befestigt ist

(strichpunktiert bzw. blau in Fig. 8). Ein anderer Abschnitt 30B des Zugmittels 30 (gestrichelt bzw. orange in Fig. 8) läuft von der konkaven und gummierten

Mantelfläche der Antriebsscheibe 11 in die axial bzw. in Blickrichtung auf die Fig. 8 untere Nut der Abtriebsscheibe 20 und aus dieser zu der in der Zeichenebene der Fig. 8 vertikal unteren Spannfeder 40, an der das Ende 31 dieses Abschnitts befestigt ist.

Verdreht der Antrieb 10 die Antriebsscheibe 11 , so verdreht diese einerseits durch reibschlüssiges Abwälzen und andererseits durch das umschlingende Zugmittel 30 die Abtriebsscheibe 20, wie in der Figurenfolge Fig. 8 -* Fig. 9 durch einen

Drehbewegungspfeil und eine Verdrehung einer abtriebsscheibenfesten pfeilförmigen Referenzmarkierung gegen eine antriebsfeste pfeilförmige Referenzmarkierung angedeutet.

Sobald die Ausfuhr des Zugmittels 30 aus einer der Nuten zu einer der Spannfedern 40 den Kontaktbereich von An- und Abtriebsscheibe 11 , 20 überfährt bzw. im

Ausführungsbeispiel ab einer Verdrehung von 135° (vgl. Fig. 10 mit einer Verdrehung von 180°) werden in der axial bzw. in Blickrichtung auf die Fig. 8, 10 oberen Nut der Abtriebsscheibe 20 teilweise weiterhin nur ein Abschnitt 30A und teilweise zwei axial benachbarte Abschnitte 30C des Zugmittels 30 geführt (strichpunktiert bzw. blau in Fig. 10), in der axial bzw. in Blickrichtung auf die Fig. 8, 10 unteren Nut der

Abtriebsscheibe 20 weiterhin nur ein Abschnitt 30B (gestrichelt bzw. orange in Fig. 10), wobei sich der (Winkel)Abschnitt der Abtriebsscheibe 20, auf dem zwei axial benachbarte Abschnitte 30C des Zugmittels 30 gemeinsam in derselben Umfangsnut der Abtriebsscheibe 20 geführt sind, mit zunehmender Verdrehung vergrößert, wie aus der Figurenfolge Fig. 8 -> Fig. 11 erkennbar.

Gleiches gilt aufgrund des symmetrischen Aufbaus natürlich umgekehrt bei einer gegensinnigen Verdrehung. Fig. 12 zeigt hierzu exemplarisch eine Verdrehung um -225° aus der Ausgangsstellung der Fig. 8, in der entsprechend zwei axial benachbarte Abschnitte 30D des Zugmittels 30 gemeinsam in der axial bzw. in

Blickrichtung auf die Fig. 8, 12 unteren Umfangsnut der Abtriebsscheibe 20 geführt sind.

Die Vorspannung im Zugmittel 30 wird durch eine Verformung des Zugmittels 30 selber, der Gummischicht an der Antriebsscheibe 11 und der Druckfedern 40 bewirkt. Letztere ziehen dabei Zugmittel nach, soweit aufgrund von Setzerscheinungen oder dergleichen erforderlich. Im regulären Betrieb treten die höheren Antriebsbelastungen und größere Genauigkeitsanforderungen oft bei gestreckten Posen auf, bei denen sich die Antriebsscheibe 11 relativ auf der federabgewandten Seite befindet.

Hierdurch liegt das Zugmittel 30 über eine längere Strecke an der Mantelfläche der Abtriebsscheibe 20 an und kann zum größten Teil sein Abtriebsmoment rein über Reibung übertragen, ohne dass die Feder 40 einen mechanischen Einfluss auf den Antriebsstrang haben. Faltet sich der Roboter zusammen, so liegt nur noch wenig Zugmittel 30 einseitig an der Abtriebsscheibe 20 an und die Federn 40 wirken verstärkt und ziehen Zugmittel 30 nach, so dass sich das System im Allgemeinen sehr steif und direkt verhält und bei jedem Verfahren des Roboters in die Ruhestellung automatisch nachgespannt wird.

Die Kinematik des Zugmittels 30 ermöglicht einerseits einen sehr großen

Schwenkwinkel und reduziert andererseits die Verlustreibung und damit den

Verschleiß im Antriebsstrang. Dabei wird das Zugmittel 30 auf der Abtriebsscheibe 20 in den zwei axial voneinander beabstandeten Nuten geführt. Das Zugmittel 30 wird auf dem langen Weg um die Abtriebsscheibe 20 herum geführt und kreuzt sich im Kontakt bereich mit der Antriebscheibe 11 , die es umschlingt. Da die beiden

Abschnitte im Kreuzungspunkt axial beabstandet sind, berühren sie sich nicht und reiben somit auch nicht aneinander. Dies minimiert den Verscheiß und den

Reibverlust deutlich. Auf der Antriebscheibe 11 verläuft das Zugmittel 30 leicht schräg und gleicht problemlos den Versatz aus.

Einleitungs- und Stützschicht 110, 130 dienen insbesondere dazu, die Belastungen mit einem möglichst sanften Kraftfluss auf die Lager zu leiten. Der Kraftfluss kann dabei belastungsgünstig gestaltet werden, indem kein harter Steifigkeitssprung zwischen Strukturschicht 121 , 122 und Einleitungs- und Stützschicht 110, 130 besteht. Dies kann insbesondere durch geometrische Formen der Einleitungs- und

Stützschicht 110, 130 erreicht werden. Die Geometrien der Einleitungs- und

Stützschicht 110, 130 sind dabei in einer Ausführung so ausgeführt, dass sie gelenknah jeweils höhere Steifigkeiten aufweisen als gelenkfern d.h. als in der Mitte des Strukturteils. Dieser Effekt kann insbesondere durch einen Gradient in der

Klebung und/oder durch gezielte Aufdickungen bzw. Aussparungen, insbesondere durch mittig größere Gitterabstände erzeugt werden. Das spezielle Gitterdesign in den Schalen 1 10, 130 erzeugt dabei den gewünschten weichen Verlauf im Kraftfluss bei gleichzeitig deutlicher Materialeinsparung.

So verbessert dieser Aufbau im Gegensatz zu einem Aufbau mit konstant

durchgehender Ober- und Unterschale zusätzlich signifikant den Leichtbau, da sich die schwereren Kunststoffteile nicht mehr großflächig über das Strukturteil erstrecken, sondern zur Mitte hin auslaufen können. Die flächigen Bereiche von Einleitungs- und Stützschicht 110, 130 um die Lagerstellen werden gezielt für Klebungen genutzt, um einen stabilen Verbund mit kontinuierlich ansteigendem Kraftübergang zu erhalten. Der Übergang zwischen den eher flächenförmigen Schalenelementen der Einleitungsund Stützschicht 110, 130 sowie der Abtriebsscheibe 20 und dem Lager- bzw.

Achsenbereich wird durch gezielte Verrippung 112, 112', 132, 132' (vgl. Fig. 5, 6) gewichtsparend verstärkt.

Durch die Verklebung der Stützbalken 140 mit der Unterseite der Strukturschicht 121 , 122 werden Biegebelastungen der Strukturschicht aufgenommen und in Druckkräfte auf die beiden Balken 140 überführt. Durch diesen Aufbau wird die Druckseite der Strukturschicht 121 , 122 signifikant entlastet.

Durch die sehr kurze Toleranzkette kann kostengünstig eine hohe Konzentrizität und Kollinearität der Lagerachsen erreicht werden. Des Weiteren ist in der Stützschicht 130 zusätzlich die Buchse 131 zur Aufnahme der Achse 150 integriert, sodass kinematische Abmessungen im Wesentlichen nur noch von einem

zusammenhängenden Spritzgussteil abhängen.

Die Einleitungsschicht 110 verbindet die Lager 151 mit der Achse 150 des jeweiligen Gliedes 100 nicht mit einem zusammenhängenden Bauteil, sondern wird nur am Lagerträger 133, 133' (vgl. Fig. 5, 6) der Stützschicht 130 ausgerichtet und über einen leichten Press verband gefügt. Der Pressverband dient der zusätzlichen radialen Versteifung der einleitungsschichtnäheren Lagerstelle und wirkt wie ein Spannring.

Die Abtriebsscheibe 20 wird durch die bereits korrekt positionierte Achse 150 zentriert und als leichte Pressung auf diese geschoben. Stirnseitig wird die Abtriebsscheibe 20 sowohl mit der Einleitungsschicht als auch direkt mit der Strukturschicht 121 , 122 verklebt, mit letzterer insbesondere über ihr stirnseitiges Kreuz.

Obwohl in der vorhergehenden Beschreibung exemplarische Ausführungen erläutert wurden, sei darauf hingewiesen, dass eine Vielzahl von Abwandlungen möglich ist. Außerdem sei darauf hingewiesen, dass es sich bei den exemplarischen

Ausführungen lediglich um Beispiele handelt, die den Schutzbereich, die

Anwendungen und den Aufbau in keiner Weise einschränken sollen. Vielmehr wird dem Fachmann durch die vorausgehende Beschreibung ein Leitfaden für die

Umsetzung von mindestens einer exemplarischen Ausführung gegeben, wobei diverse Änderungen, insbesondere in Hinblick auf die Funktion und Anordnung der beschriebenen Bestandteile, vorgenommen werden können, ohne den Schutzbereich zu verlassen, wie er sich aus den Ansprüchen und diesen äquivalenten

Merkmalskombinationen ergibt. Bezugszeichenliste

10; 10' Antrieb

11 ; 11' Antriebsscheibe

12 einstufiges Getriebe des Antriebs

20 Eintriebseiement/Abtriebsscheibe

30 Zugmittel

30A, 30C Abschnitt(e) in oberer Umfangsnut

30B, 30D Abschnitt(e) in oberer Umfangsnut

31 Zugmittelende

40 Druckfeder (Spannmittel)

100 mehrschichtiges Roboterglied

110; 110' Einleitungsschale (-Schicht)

112; 112' Verrippung

121 Ober-, Untergurt der Sandwichstruktur der Strukturschicht

122; 122' Wabenstruktur der Sandwichstruktur der Strukturschicht

140 Stützbalken

150; 150' Achse

151 ; 151 ' Wälzlager

152; 152" Lagerring

130 Stützschale (-schicht)

131 integrierte Buchse

132; 132' Verrippung

133; 133' Lageraufnahme

200 Vertikalachse

210 Greifer

300 Sensor