DE3328412A1 - Robot arm-hand overload disconnect link - Google Patents

Abstract

The link upper portion consists of a flange (1) and drum (2). The drum has three detents (10) for ball bearings (9) at equal intervals around its inner surface. The link lower portion is made up of a central flange (4) with a three armed hub (5). Each arm is drilled to accept a slide (7) which retains the ball bearing in contact with the drum. The inner end of each slide retains a second ball bearing (12) which presses against a conical spring (15) loaded piston (13). If excessive force is generated between upper and lower portions the outer balls move from the detents, pushing in the slides to disengage the drive. Simultaneously the piston moves down and operates the proximity switch (18) to cut the power to the arm motors.

Description

SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT Unser Zeicher? 328412 Berlin und München - ^- VPA 83 P 4434 DESIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT Our mark? 328412 Berlin and Munich - ^ - VPA 83 P 4434 DE

Mechanische überlastungssicherungMechanical overload protection

Die Erfindung.betrifft eine mechanische Überlastungssicherung zwischen zwei kraft- und momenteübertragenden Flanschen. The invention relates to a mechanical overload protection device between two force and torque transmitting flanges.

Soll beispielsweise eine mit Sensoren ausgestattete Greifhand eines Roboters gegen die Einwirkung von Kollisionen mit der Umgebung oder mit einem zu bewegenden Werkstück geschützt werden, so müssen heftige Berührungen der Greifhand bei Bewegungen des Roboterarmes in beliebiger Richtung eine Sehne11abschaltung der Antriebsmotoren des Roboters auslösen und den Arm stillsetzen.Should, for example, a gripping hand equipped with sensors a robot against the effects of collisions with the environment or with a workpiece to be moved be protected, violent touches of the gripping hand must be When the robot arm moves in any direction, the drive motors of the robot are switched off release and stop the arm.

Die Verbindung zwischen einem Arm des Roboters und seiner Greifhand muß jedoch, um genaue Positionierungen vornehmen zu können, sehr steif ausgebildet sein. Wegen dieser geforderten steifen Verbindung können bei Kollisionen die Berührungskräfte sehr schnell ansteigen, wobei unter Umständen die Greifhand trotz einer Schnellabschaltung beschädigt wird.The connection between one arm of the robot and his However, the gripping hand must be designed to be very stiff in order to be able to carry out precise positioning. Because of these Required stiff connection, the contact forces can increase very quickly in the event of a collision, whereby under certain circumstances the gripping hand is damaged despite a quick shutdown.

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Es wäre denkbar, mit einer leicht austauschbaren Sollbruchstelle im Roboterarm das angesprochene Problem zu
lösen. Mit einer Auffangvorrichtung und einem Schalter
kombiniert könnte an der Sollbruchstelle das Vorderteil des Greifarmes bei Kollisionen freigegeben und über einen Kontakt die Schnellabschaltung betätigt werden.
Ein Nachteil einer Sollbruchstelle ist, daß sie nach jeder Kollision ausgewechselt werden muß. Weiter ist es
schwierig, die Sollbruchstelle so auszubilden, daß dieIt would be conceivable to address the problem mentioned with an easily replaceable predetermined breaking point in the robot arm
to solve. With a catching device and a switch
combined, the front part of the gripper arm could be released at the predetermined breaking point in the event of a collision and the quick shutdown activated via a contact.
A disadvantage of a predetermined breaking point is that it has to be replaced after every collision. Next is it
difficult to train the breaking point so that the

Auslösekraft gut reproduzierbar wird. Normalerweise ist eine Sollbruchstelle eine Schwächung in einer kraftübertragenden Anordnung und kann deshalb nicht so steif sein,Release force is easily reproducible. Usually is a predetermined breaking point a weakening in a force-transmitting arrangement and therefore cannot be so stiff,

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wie der Rest der Anordnung. Schließlich werden für verschieden hohe Auslösekräfte unterschiedliche Bruchsicherungen benötigt. .like the rest of the arrangement. Finally, different break protection devices are used for different levels of release force needed. .

Der Erfindung lag die Aufgabe zugrunde, eine eingangs erwähnte mechanische Überlastungssicherung zu schaffen, die nach einer Kollision durch einfaches Einrenken ohne weiteres Demontieren wieder betriebsbereit gemacht werden kann. Sie soll mindestens so steif wie der übrige Teil der Kraftübertragung sein, und ihre Auslösekraft soll in vernünftigen Grenzen reproduzierbar sein.The invention was based on the object mentioned at the beginning to create mechanical overload protection, which after a collision by simply straightening out easily Dismantling can be made ready for operation again. It should be at least as stiff as the rest of the part of power transmission, and its release force should be in be reproducible within reasonable limits.

Die Lösung dieser Aufgabe wird gemäß der Erfindung bei einer eingangs genannten mechanischen Uberlastungssicherung durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 erreicht.The solution to this problem is according to the invention at a mechanical overload protection device mentioned at the beginning achieved by the characterizing features of claim 1.

Die Auslösekraft einer federbelasteten Rastverbindung kann so genau dosiert werden, daß keine Abstriche an einer Mindeststeifigkeit der Kraftübertragung notwendig sind. Eine Rastverbindung kann auch nach Auslösung ohne Demontage wieder in ihre eingerastete Lage zurückgebracht werden.The release force of a spring-loaded locking connection can be dosed so precisely that there is no need to compromise on the minimum rigidity of the power transmission are. A latching connection can also be used after triggering without Disassembly can be returned to their locked position.

Zweckmäßig ist die Kraft der Schraubenfeder, mit welcher der Kegelstumpf gegen die inneren Enden der Kugelbolzen drückt, einstellbar.The force of the helical spring with which the truncated cone presses against the inner ends of the ball pins, adjustable.

Der Kegelstumpf ist vorteilhafterweise mit einem Kolben verbunden, der bei einer durch das Ausrasten der Kugelbolzen verursachten Axialbewegung des Kegelstumpfes einen in die Rastscheibe eingebauten Ausschalter' auslöst.The truncated cone is advantageously connected to a piston which, when the ball pin disengages caused axial movement of the truncated cone triggers a built-in circuit breaker '.

Um die Ausrastbewegung zu begrenzen, ist ein zylindrischer Mittelteil der Rasttrommel beidseitig durch kegelstumpfförmige Ansätze abgeschlossen. Ein Ausrasten, das . durch eine reine Verdrehung der beiden Flansche gegen-To limit the disengaging movement, a cylindrical one is used Middle part of the locking drum on both sides by frustoconical Approaches completed. A freak out, that. by simply twisting the two flanges against

VPA 83 P 4434 DE einander erfolgt, wird durch eine Ausnehmung in der Rastscheibe, die eine Nase in der Rasttrommel umfaßt, begrenzt. VPA 83 P 4434 DE takes place with each other, is through a recess in the locking disc, which includes a nose in the locking drum, limited.

Zweckmäßig sind drei Kugelbolzen in der Rastscheibenebene vorgesehen, die ,
ange ordnet sind.Appropriately, three ball pins are provided in the locking disk plane,
are arranged.

vorgesehen, die jeweils um 120° gegeneinander versetztprovided, each offset from one another by 120 °

Zur Reibungsverminderung sind auch an den inneren Enden der Kugelbolzen Kugeln angeordnet.To reduce friction, balls are also arranged at the inner ends of the ball pins.

Die Erfindung wird an einer Zeichnung mit zwei Figuren erläutert.The invention is explained using a drawing with two figures.

Figur 1 stellt einen Längsschnitt durch ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dar. . ·Figure 1 shows a longitudinal section through an embodiment of the invention. ·

Figur 2 ist eine Aufsicht auf das gleiche Ausführungsbeispiel mit der Angabe von Schnittlinien, in die der in Figur 1 dargestellte Längsschnitt gelegt ist.Figure 2 is a plan view of the same embodiment with the indication of cutting lines in which the longitudinal section shown in FIG. 1 is placed.

In· der Figur 1 ist ein Flansch 1 mit einer Rasttrommel 2 verbunden. Ein zweiter Flansch 3 ist mit einer Nabe 4 verbunden, die einen integralen Bestandteil einer Rastscheibe 5 bildet. Eine radiale Bohrung 6 in der Rastscheibe 5, von denen nach der Aufsicht der Figur 2 insgesamt drei vorgesehen sind, nimmt einen Kugelbolzen 7 auf. An seinem rechten Ende enthält der Kugelbolzen 7 eine Kugelfassung 8, in dieser läuft eine Kugel 9.Die Kugel 9 ist in eine Rastvertiefung 10 in einem mittleren zylindrischen Wandteil der Rasttrommel 2 eingerastet. In einer zweiten Kugelfassung 11 am inneren Ende des Kugelbolzens ist eine Kugel 12 gelagert. Die Kugel 12 liegt auf der Mantelfläche eines Kegelstumpfes 13 auf, der in einer zentralen Bohrung 14 der Nabe 4 gleiten kann. Auf seiner Unterseite ist der Kegelstumpf 13 durch eine Schraubenfeder 15 belastet. Die Federkraft der Schraubenfeder 15 kann durch eine Schraube 16 verändert v/erden. Die Schraubenfeder 15 drückt über den Kegelstumpf 13 die Kugelbol-In FIG. 1, a flange 1 is connected to a locking drum 2. A second flange 3 is provided with a hub 4 connected, which forms an integral part of a locking disk 5. A radial hole 6 in the locking disc 5, of which a total of three are provided according to the plan view of FIG. 2, accommodates a ball pin 7. At its right end, the ball pin 7 contains a ball socket 8, in which a ball 9 runs. The ball 9 is locked into a locking recess 10 in a central cylindrical wall part of the locking drum 2. In a Second ball socket 11 at the inner end of the ball pin, a ball 12 is mounted. The ball 12 lies on the The outer surface of a truncated cone 13 which can slide in a central bore 14 of the hub 4. On his The underside is the truncated cone 13 by means of a helical spring 15 charged. The spring force of the helical spring 15 can be changed by a screw 16. The coil spring 15 presses the ball pin via the truncated cone 13

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zen 7 nach außen und liefert somit die Rastkraft für die in die Rasttrommelwand eingerasteten Kugeln 9. An einem zylindrischen Portsatz des Kegelstumpfes 13 ist ein Kolben 17 angebracht, der bei einer axialen Bewegung des Kegelstumpfes 13 einen berührungslosen induktiven Schalter 18 betätigt. Der untere Flansch 3 und die Rasttrommel 2 sind durch einen Balg 19 miteinander verbunden, der verhindert, daß Schmutz in die Überlastungssicherung eindringen kann.zen 7 to the outside and thus provides the locking force for the Balls 9 engaged in the locking drum wall. A piston 17 is attached to a cylindrical port set of the truncated cone 13 which, upon axial movement of the Truncated cone 13 actuates a non-contact inductive switch 18. The lower flange 3 and the locking drum 2 are connected to one another by a bellows 19, which prevents dirt from entering the overload protection device can penetrate.

Wird durch eine zwischen den Flanschen 1 und 3 auftretende Kraft oder ein Drehmoment die Rastkraft der äußeren Kugeln 9 in den Vertiefungen· 10 des zylindrischen Wandteils der Rasttrommel 2 übertroffen, so rastet die Rastscheibe 5 aus. Dabei werden die Kugelbolzen 7 nach innen gedrückt und bewirken, daß der Kegelstumpf 13- gegen die Kraft der Schraubenfeder 15 nach unten wandert. Der mit dem Kegelstumpf 13 verbundene Kolben 17 gelangt vor den berührungslosen Schalter 18 und stellt die Antriebsmaschinen, die die Überlast verursachen, ab. Die an den zylindrischen Mittelteil der Rasttrommel 2 oben und unten anschließenden kegelstumpfförmigen Teile dienen als Begrenzung für eine Kippbewegung und eine rein axiale Bewegung der beiden Flansche 1 und 3 gegeneinander. End- und Zwischenstellungen des unteren Flansches 3 gegenüber dem oberen Flansch 1 sind strichpunktiert eingezeichnet, wobei die Schrägstellungen auf Kippbewegungen und die waagrechten Stellungen auf axiale Bewegungen zurückzuführen sind»Is caused by an occurring between flanges 1 and 3 Force or torque is the locking force of the outer balls 9 in the recesses 10 of the cylindrical wall part surpassed the locking drum 2, the locking disc engages 5 off. The ball pins 7 are pressed inward and cause the truncated cone 13- against the Force of the coil spring 15 migrates downwards. The piston 17 connected to the truncated cone 13 arrives in front of the Contactless switch 18 and turns off the prime movers that cause the overload. The Andes cylindrical middle part of the locking drum 2 at the top and bottom adjoining frustoconical parts serve as a limitation for a tilting movement and a purely axial movement of the two flanges 1 and 3 against each other. end and intermediate positions of the lower flange 3 with respect to the upper flange 1 are shown in dash-dotted lines, The inclinations are due to tilting movements and the horizontal positions are due to axial movements are"

In der Aufsicht nach Figur 2 sind.Schnittlinien A und B eingezeichnet, in denen der Längsschnitt nach Figur 1 geführt ist. In der Figur 2 sind auch die drei Kugel-. bolzen 7 in der Rastscheibe 5 zu erkennen sowie der berührungslose Schalter 18. Die Kugelbolzen 7 sind radial unter gegenseitigen Abstandswinkeln von 120° angeordnet. Die Rastscheibe trägt eine Ausnehmung 20, in die eine anIn the top view of Figure 2 are. Section lines A and B drawn, in which the longitudinal section according to Figure 1 is performed. In the figure 2 are also the three ball. bolts 7 can be seen in the locking disk 5 as well as the contactless switch 18. The ball pins 7 are radial arranged at mutual spacing angles of 120 °. The locking disk has a recess 20 into which one

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der Rasttrommel angebrachte Nase 21 hineinragt. Die beiden Teile bilden zusammen einen Anschlag für Ausrastbewegungen, die durch eine gegenseitige Torsion der beiden Flansche 1 und 3 hervorgerufen werden.the locking drum attached nose 21 protrudes. The two Parts together form a stop for disengaging movements caused by mutual torsion of the two Flanges 1 and 3 are caused.

6 Patentansprüche
2 Figuren6 claims
2 figures

Λ-Λ-

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Claims (6)

- JST- VPA 83 P 4434 DE Patentansprüche- JST- VPA 83 P 4434 DE claims 1. -Mechanische Überlastungssicherung zwischen zwei kraft- und momenteübertragenden Flanschen, dadurch gekennzeichnet , daß eine an dem einen Flansch (3) befestigte Rastscheibe (5) mit· einer an dem anderen Flansch (1) befestigten, die Scheibe (5) mit Spiel umgebenden Rasttrommel (2) über in Vertiefungen (10) in der Innenwand der Trommel (2) unter der Kraft einer in einer hohlen Nabe (4) der Scheibe (5) geführten Schraubenfeder (15), die über einen Kegelstumpf (13) auf innere Enden von in radialen Bohrungen (6) der Scheibe (5) geführten Kugelbolzen (7) drückt, einrastende, an äußeren Enden der Kugelbolzen (7) gelagerte Kugeln (9) in Rastverbindung steht.1. -Mechanical overload protection between two force- and torque-transmitting flanges, thereby marked that one on the one Flange (3) attached locking disc (5) with · one on the the other flange (1) attached, the disc (5) with clearance surrounding the locking drum (2) over in the depressions (10) in the inner wall of the drum (2) under the force of a helical spring guided in a hollow hub (4) of the disc (5) (15), which are guided via a truncated cone (13) onto inner ends of in radial bores (6) of the disc (5) Ball pin (7) presses latching balls (9) mounted on the outer ends of the ball pin (7) into a latching connection stands. 2. Mechanische Überlastungssicherung nach Anspruch 1, dadurch gek-ennzeichn-et, daß die Kraft der Schraubenfeder (15) einstellbar ist.2. Mechanical overload protection according to claim 1, marked by the fact that the Force of the coil spring (15) is adjustable. 3. Mechanische Überlastungssicherung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Kolben (17) mit dem Kegelstumpf (13) verbunden 'ist, der bei einer axialen Bewegung einen in die Rastscheibe (5) eingebauten Ausschalter (18) auslöst.3. Mechanical overload protection according to claim 1 or 2, characterized in that a piston (17) is connected to the truncated cone (13) ', which triggers an on / off switch (18) built into the locking disc (5) when it moves axially. 4. Mechanische Überlastungssicherung nach Anspruch 1 oder einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß zur Begrenzung der Ausrastbewegungen an einem zylindrischen Mittelteil der Rasttrommel (2) auf beiden Seiten,kegelstumpfförmige Trommelteile angefügt sind und eine Ausnehmung (20) in der Rastscheibe (5) mit beidseitigen Abständen eine Nase (21) in der Trommel (2) umfaßt.4. Mechanical overload protection according to claim 1 or one of the preceding claims, characterized characterized in that to limit the disengaging movements on a cylindrical central part of the locking drum (2) on both sides, frustoconical Drum parts are attached and a recess (20) in the locking disc (5) with a lug on both sides (21) in the drum (2). 5. Mechanische Überlastungssicherung nach Anspruch 1 oder einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch5. Mechanical overload protection according to claim 1 or one of the preceding claims, characterized VPA 83 P 4434 DE gekennzeichnet , daß drei Kugelbolzen (7) in der Rastscheibenebene jeweils um 120° gegeneinander versetzt angeordnet sind.VPA 83 P 4434 DE marked that three ball pins (7) are arranged offset from one another by 120 ° in the locking disk plane. 6. Mechanische Überlastungssicherung nach Anspruch 1 oder einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß auch an den inneren Enden der Kugelbolzen (7) Kugeln (12) gehaltert sind.6. Mechanical overload protection according to claim 1 or one of the preceding claims, thereby characterized in that balls (12) are also held at the inner ends of the ball pins (7).