DD270677A1

DD270677A1 - Einrichtung zum kollisionsschutz fuer industrieroboter

Info

Publication number: DD270677A1
Application number: DD31496888A
Authority: DD
Inventors: Juergen Heinrich
Original assignee: Zentr Fi Des Verkehrswesens Ze
Priority date: 1988-04-21
Filing date: 1988-04-21
Publication date: 1989-08-09

Abstract

Die Einrichtung zum Kollisionsschutz fuer Industrieroboter besteht darin, dass zwischen einem Werkzeug und dem Roboterarm ein Biege-Torsionsfederstab mit Schaltkontakt und Gegenkontakt und anschliessender Schwenkeinheit, horizontal und vertikal drehbar, und Grenzlastmechanismus auf einer Grundplatte, die mit einem Anschlussflansch verbunden ist, angeordnet sind. Die Federkonstanten des Biege-Torsionsfederstabes, des Biegestabes und der Feder im Grenzlastmechanismus sind so abgestimmt, dass bei Ueberschreiten bestimmter Belastungen des Roboters ein Schaltsignal erzeugt wird. Ausgeloest wird das Schaltsignal durch Beruehrung des Werkzeuges mit dem Werkstueck infolge der Verformung des Biege-Torsionsfederstabes. Bei Stosskraeften und grossen Nachlaufwegen spricht, die bei Kollision mit hoher Geschwindigkeit auftreten koennen, der zum Biege-Torsionsfederstab in Reihe angeordneten Ausloesemechanismus mit einstellbarer Grenzkraft an. Fig. 1

Description

Hierzu 1 Seite Zeichnung

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Einrichtung betrifft einen Kollisionsschutz für Industrieroboter und ähnlich automatisch nach einem Programm arbeitende Maschinen, insbesondere Schweißroboter, durch welche bei einer Kollision des vom Roboter geführten Werkzeuges mit feststehenden Aniageteilen, Schweißteilen, Vorrichtungen usw. die Bewegungen des Roboters unterbrochen und damit Zerstörungen vermieden werden.

Charakteristik des bekannten Standes der Technik Bekannt ist eine Havariesicherung (OO B 23 K 9/10, Nr. 220250) bei der der Schweißbrenner geteilt und durch ein U-förmiges Aufnahmestück verbunden ist, das mit einem Hohlkabel fest verspannt und in dessen anderem Schenkel eine elastische Scheibe

aufgenommen ist, in der zentrisch das Trägerteil mit Düsenkammer und Brennerrohr befestigt ist. Beide Teile sind elektrischdurch ein flexibles Stromkabel verbunden. Das Trägerteil ist mit einem Formkontakt aus elektrisch leitendem Materialverbunden.

Wirkt auf die Schweißbrennerspitze eine äußere Kraft von beliebiger Richtung ein, so kann diese durch die Elastizität der Gummischeibe ausweichen. Mit der Abweichung des vorderen Brenncrteiles von der Normallage wird der Formkontakt

abgehoben und damit der Roboter abgeschaltet. Diese Lösung hat den Vorteil, daß die Auslenkung der Brennerspitze schon beileichter Berührung erfolgt und damit auch in dem Fall geringer äußerer Kräfte der Schutz des Roboters gewährleistet ist. Dasgesamte Schweißbrennersystem ist relativ leicht und gedrungen. Die Ersetzbarkeit für schwer zugängliche Schweißnähte Wirderhöht. Schließlich ist die verwendete Scheibe schnell auswechselbar und ersetzbar. Sie kann leicht selbst angefertigt werden.

Der Nachteil dieser Einrichtung besteht darin, daß sie nur auf Biegekräfte anspricht, und außerdem verursacht der Gummi eine

relativ große Hysterese, die sich zusätzlich in Abhängigkeit von der Einsatzzeit durch die Alterung des Gummis verändert.

Weiterhin ist ein Nachteil darin festzustellen, daß der zerstörungsfreie Nachlaufweg des Roboters nach erfolgter Abschaltung zu

klein ist.

in einer weiteren Patentschrift (OD B 25 J 19/00, Nr. 143226) wird ausgeführt, daß das von einem Industrieroboter geführte

Arbeitsgerät an einem Geräteträger befestigt ist, der in seiner Normallage mittels eines halbkugelförmig ausgebildeten Bolzenkopfes von einer federnd gelagerten, nur senkrecht zu einem Kreuzgelenk in eine geradlinige Bewegung umgewandelt

wird, wobei die Pfanne in einem von einer vorgespannten Druckfeder gehaltenen Gleitstück so gelagert ist, daß ab einerbestimmten Krafteinwirkung über das Arbeitsgerät auf den Geräteträger ein Schaltfinger zur Betätigung eines

Kollisionsschutzschalters '.usgelenkt wird, der das Stop-Signal zur Steuerungseinrichtung leitet. Dadurch, daß die Kontakteile

des Arbeitsgerätes, vorzugsweise eine Punktschweißzange, so angeordnet sind, daß sie nicht in der Bewegungsrichtung der

Pfanne liegen, spricht der Kollisionsschutz in allen möglichen Bewegungsrichtungen des Industrieroboters an. Damit aber für das genaue Positionieren eine unerläßliche Haltekraft garantiert und auch nach einer Auslenkung stets wieder die

gleiche Ausgangslage erreicht wird, ist die Pfanne mit einer zentralen Bohrung versehen, in der der halbkugelförmigausgebildete Bolzenkopf einrastet. Erst nach dem Überschreiten einer Mindestkraft, die hauptsächlich bestimmt wird durch die

Geometrie vom haikugelförmigen Bolzenkopf, Pfanne und Federkraft der Druckfeder, kann der halbkugelförmige Bolzenkopf

ausgelenkt werden.

Der Nachteil dieser Einrichtung besteht darin, daß sie bei Axialkräften und Torsionsmomenten bezogen auf die Werkzeugachse

nicht anspricht.

Ein weiterer Nachteil ist, daß die Einrichtung erst bei relativ großen Auslenkwinkeln schaltet. Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist es, eine Einrichtung zum Kollisionsschutz für Industrieroboter zu schaffen, die auf Biegekräfte beliebiger Richtung und auf Axialkräfte und Torsionsmomente bezüglich der Werkzeugachse reagiert, die hysteresisfrei mit automatischer

Rückführung arbeitet und schließlich einen zerstörungsfreien Nachlauf bei frühmöglichster Abschaltung des Roboters gewährleistet.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Die Ursachen der angegebenen Mängel liegen darin, daß einerseits ungeeignetes Material, welches nicht hysteresefrei ist, eingesetzt wurde und andererseits die Konstruktionen so ausgeführt sind, daß nicht bei jeder Kraftrichtung ein Schaltkontakt erzeugt werden kann und außerdem die mögliche Auslenkung klein ist.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine nahezu hysteresefreie Einrichtung mit automatischer Rückführung zum Kollisionsschutz für Industrieroboter, insbesondere für Schweißroboter, zu entwickeln, welche in allen möglichen Bewegungsrichtungen des Werkzeuges anspricht und somit ein Schaltsignal zur Unterbrechung der Bewegung des Roboters bereitstellt.

Erfindungsgemäß besteht die Einrichtung zum Kollisionsschutz für Industrieroboter darin, daß zwischen einem Werkzeug und dem Roboterarm ein Biege-Torsionsfederstab mit Schaltkontakt und Gegenkontakt und anschließender Schwenkeinheit und Grenzlastmechnismus auf einer Grundplatte, die mit einem Anschlußflansch verbunden ist, angeordnet sind, wobei zwischen Werkzeug und Fliege-Torsionsfederstab ein Winkel und an beiden Enden des Biege-Torsionsfederstabos rechtwinklig zu diesen Flansche befestigt sind, wobei der eine mit dem Winkel und der andere mit der Schwenkeinheit verbunden ist und zwischen beiden Flanschen parallel zum Biege-Torsionsfederstab Schaltkontakt, Gegenkontakt und Biegestab sitzen und ferner die Schwenkeinheit um eine horizontale und eine vertikale Achse drehbar angebracht ist.

Funktionell sind die Federkonstanten des Biege-TorsionsfederstaLss, des Biegestabes und der Feder im Grenzlastmechanismus so abgestimmt, das weder bei normaler Belastung durch das Werkzeug noch durch normale Schwingungen des Roboters bei nonnalen Arbeitsgeschwindigkeiten ein Schaltsignal erzeugt wird, jedoch werden bei Krafteinwirkung durch Berührung des Werkzeuges mit dem Werkstück infolge der Verformung des Biege-Torsionsfederstabes die Schaltkontakte gesch' jssen und bei weiterem Anstieg der Kräfte bzw. bei Stoßkräften und großen Nachlaufwagen, die bei Kollision mit hoher Geschwindigkeit auftreten können, spricht der zum Biege-Torsionsfederstab in Reihe angeordnete Auslösemechanismus mit einstellbarer Grenzkraft an.

Ausführungsbeispiel

Die Erfindung soll nachstehend an einem Beispiel näher erläutert werden. Die zugehörige Zeichnung zeigt in

Fig. 1 eine Seitenansicht der Einrichtung

Gemäß Fig. i kann es sich bei dem vom Roboter zu bewegenden Werkzeug um einen Schweißbrenner 1 oder um eine Sensorhalterung handeln, die über Winkel 2, Biege-Torsionsfederstab 3, Schwenkeinheit 4, Grenzlastmechanismus 5 und Grundplatte 6 mit dem Flansch 7 dem Roboterhandgelenk verbunden sind. Die Schwenkeinheit 4 ist um die vertikale und horizontale Achse 8 und 9 drehbar gelagert dargestellt.

Der Schaltkontakt 10 ist am freien Ende des Biege-Torsionsfederstabes (3), am unteren Flansch 13 befestigt.

Der Gegenkontakt 11 ist über den Biegestab 12 mit dem oberen Flansch 14 elektrisch isoliert verbunden.

Bei Krafteinwirkung am Schweißbrenner 1 bzw. an den Sensorhalterungen infolge Berührung mit dem Schweißteil usw.

verschiebt sich der obere Flansch 14 gegenüber dem unteren Flansch 13 und die an den Schaltkontakten 10,11 anliegende Signalspannung kann ein Schaltsignal erzeugen.

Die automatische Rückführung der Werkzeugspitze in die Ausgangslage ist bei freiem Kraftschluß durch die Materialspannung des Federstabes optimal. Wird bei Kollision mit hohen Geschwindigkeiten die am Grenzlastmechanismus 5 einstellbare Grenzlast erreicht, wird der Nachlaufweg nach erfolgtem Abschalten des Roboters durch den Schwenkmechanismus gewährleistet, ohne den Biege-Torsionsfederstab 3 und die Schaltkontakte 10,11 zu überlasten.

Claims

1. Einrichtung zum Kollisionsschutz für Industrieroboter, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen einem Werkzeug (1) und dem Roboterarm ein Biege-Torsionsfederstab (3) mit Schaltkontakt (10) und Gegenkontakt (11) und anschließender Schwenkeinheit (4) und Grenzlastmechanismus (5) auf einer Grundplatte (6), die mit oinem Anschlußflansch (7) verbunden ist, angeordnet sind, wobei zwischen Werkzeug (1) und Biege-Torsionsfederstab (3) ein Winkel (2) und an beiden Enden des Biege-Torsionsfederstabes (3) rechtwinklig zu diesen ein unterer (13) und ein oberer Flansch (14) befestigt sind und der eine mit dem Winkel (2) und der andere mit der Schwenkeinheit (4) verbunden ist und zwischen beiden Flanschen (13,14), parallel zum Biege-Torsionsfederstab (3) Schaltkontakt (10), Gegenkontakt (11) und Biegestab (12) sitzen und ferner die Schwenkeinheit (4) um eine vertikale (8) und eine horizontale Achse (9) drehbar angebracht ist.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Grenzlast-Auslösemechanismus je nach Arbeitsaufgabe mit 1,2 oder 3 senkrecht zueinander stehenden Achsen ausgeführt ist.