DE3418720A1

DE3418720A1 - Sicherungsvorrichtung fuer handhabungsgeraete zur abschaltung des motorischen antriebes bei kollision

Info

Publication number: DE3418720A1
Application number: DE19843418720
Authority: DE
Inventors: Werner 8900 Augsburg Schwarz; Kurt Wiedemann
Original assignee: KUKA Schweissanlagen und Roboter GmbH
Current assignee: KUKA Systems GmbH
Priority date: 1984-05-19
Filing date: 1984-05-19
Publication date: 1985-11-21
Also published as: FR2564365A1; JPH0240160B2; FR2564365B1; GB2158806A; JPS6141099A; US4648784A; DE3418720C2; GB2158806B; GB8512114D0; SU1409124A3

Description

Sicherungsvorrichtung für Handhabungsgeräte zur Abschaltung des motorischen Antriebes bei Kollision

Die Erfindung bezieht sich auf eine Sicherungsvorrichtung für Handhabungsgeräte zur Abschaltung des motorischen Antriebes bei Kollision, bestehend aus zwei miteinander kraftschlüssig verbundenen, aus ihrer Zentrierstellung dreidimensional ausweichfähig angeordneten Bauteilen und aus einem auf die Ausweichbewegung reagierenden Schalter fUr den Antrieb.

Derartige Sicherungsvorrichtungen sind durch die DE-PS 27 17 871 und die DE-AS 27 49 603 bekannt geworden.

Im Prinzip geht es darum, die automatisch gesteuerte Bewegung eines Manipulators abrupt zu stoppen, wenn ein Bauteil des Manipulators unerwarteterweise gegen einen Widerstand stößt. Meistens handelt es sich um das Werkzeug des Manipulators, welches in unerwünschter Weise gegen einen Teil des zu bearbeitenden Werkstückes stößt. Durch die Abstoppung der automatisch gesteuerten Bewegung soll Schaden vermieden werden.

Die vorbekannten Sicherungsvorrichtungen sind bevorzugt am Ende des Auslegers des Manipulators an der Schnittstelle zwischen der letzten Nebenachse und dem Werkzeug angeordnet. In beiden vorbekannten Fäller sind die miteinander verbundenen Bauteile in einer kraftschlüssig beaufschlagten Führung einander zugeordnet. Der durch eine oder mehrere Federn bedingte Kraftschluß ist so stark bemessen, daß ;>^l) die miteinander verbundenen Bauteile im normalen Betrieb eine relativ unbewegliche Verbindung miteinander besitzen. Stößt aber

das Werkzeug oder ein anderes Teil des Manipulators unerwarteterwo iso «in ei nein Wnloiatuiul an, dünn lon I β ic; I) die kruf ietliLllaa i ye Verbindung der Bauteile, wobei die relative Ausweichbewegung von einem reagierenden Schalter erkannt und zur Abschaltung des Antriebes verwendet wird.

Die vorbekannten Sicherungsvorrichtungen sind so gestaltet, daß sie auf dreidimensionale Veränderungen ihrer kraftschlüssigen Zentrierstellung reagieren müßten. Dies wird auch ohne weiteres erreicht, wenn die beiden Bauteile in koaxialer Richtung einander genähert oder in Umfangsrichtung relativ zueinander verdreht werden. Die in der Praxis beobachteten Kollisionsfälle basieren jedoch auf einer Krafteinwirkung aus irgendeiner Richtung, für welchen Fall die vorbekannten Sicherungsvorrichtungen nicht so eindeutig reagieren wie bei den erwähnten Belastungen längs der Achse oder quer zu ihr.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die vorbekannten Sicherungsvorrichtungen so weiterzuentwickeln, daß sie unabhängig davon, aus welcher Richtung der Kraftimpuls im Kollisionsfall einwirkt, ungehindert reagieren können.

Die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe besteht gemäß dem Kennzeichen des Hauptanspruches darin, daß die Sicherungsvorrichtung zwei auf Distanz gehaltene und gegeneinander kraftschlüssig gespannte Schaltglieder aufweist, deren Distanzänderung als Mittel zum Abschalten des Antriebes vorgesehen ist, wobei die Lage der die Schaltglieder distanzierenden Mittel im Kollisionsfall verändert ist.

Die Erfindung geht also von der prinzipiellen Lehre aus, zwei

Schaltglieder durch distanzierende Mittel in einem bestimmten Abstand voneinander zu halten. Tritt ein KoIlisionsfall auf, dann soll die Relativbewegung zwischen den miteinander kraftschlUssig verbundenen Bauteilen direkt auf die distanzierenden Mittel eirvwirken, was eine Änderung des Abstandes der Schaltglieder zur Folge hat. Diese Abstandsänderung wid von einem Schalter festgestellt und zur Abstellung des Antriebes verwendet.

Es liegt auf der Hand, daß diese grundsätzlich neue Idee in konstruktiv unterschiedlicher Weise gelöst werden kann. Die Erfindung beschränkt sich daher nicht auf das in der Zeichnung dargestellte Ausfuhrungsbeispiel, weil dieses nur eine von mehreren Lösungsformen offenbart. Sowohl die Konstruktion der Schaltglieder als auch die der Distanzmittel und schließlich des Schalters lassen sich in mannigfacher Weise variieren.

Im bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung sind als Schaltglieder zwei zueinander koaxial geführte und mittels Federn gegeneinander gepreßte Scheiben vorgesehen, zwischen denen peripher vorzugsweise als Kugeln ausgebildete Distanzelemente geführt sind, deren Lage durch im Kollisionsfall veränderliche Anschläge gesichert ist. Tritt der Kollisionsfall ein, dann verändern sich die Anschläge. Als Folge hiervon ist das Ausweichen der als Kugeln ausgebildeten Distanzelemente vorgesehen, was zu einer Abstandsänderung der als Schaltglieder ausgebildeten Scheiben führt. Um die Kugeln einwandfrei zu führen, sind die Scheiben an ihren einander zugekehrten Rändern abgeschrägt.

Es empfiehlt sich, an einer der Scheiben einen Näherungsschalter vorzusehen und die andere Scheibe mit einem einstellbaren, mit

dem Schalter zusammenwirkenden Anschlag, z.B. einer Schaltfahne, zu verbinden. Auch die Raumform des Schalters ist mannigfaltig variabel.

Ein Vorteil der Erfindung ergibt sich dadurch, daß die Scheiben über ihre Distanzmittel in einem der beiden Bauteile geführt und zusätzlich gegen Verdrehung gesichert sind. Auf diese Weise erlangen die Scheiben eine konkrete Position zur Zentrierstellung der miteinander verbundenen Bauteile.

Ein anderer wesentlicher Gegenstand der Erfindung besteht darin, wie die miteinander verbundenen Bauteile gestaltet sind. Es hat sich dabei als zweckmäßig erwiesen, wenn die Bauteile durch mehrere, vorzugsweise drei, Zentrierkugeln miteinander verbunden sind, die in dem äußeren, das andere Bauteil umgreifende Bauteil radial geführt und federbelastet sind und die in eine kalottenförmige Führung des inneren Bauteiles eingreifen.

Die Verbindung der beiden Bauteile besteht also in drei Kugelgelenken, die kraftschlüssig, insbesondere durch Federn, beauf-PO schlagt sind. Wird diese kraftschlUssig zentrierte Verbindungsstellung der beiden Bauteile gestört, erfolgt eine Betätigung des Schalters zum Abstellen des motorischen Antriebes.

In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung wird dies dadurch herbeigeführt, daß die einzelne kalottenförmige Führung eine radiale Bohrung des inneren Bauteiles abschließt, in der mindestens eine als Distanzmittel bestimmte Kugel geführt ist, die mit der Zentrierkugel mittelbar oder unmittelbar in Berührung steht.

Die als Distanzmittel bestimmte Kugel und die Zentrierkugel sowie

gegebenenfalls mindestens eine dazwischen befindliche Verbindungskugel erstrecken sich in einer radialen Ebene zur Drehachse der miteinander verbundenen Bauteile. Eine aus irgendeiner Richtung einwirkende Kraft auf eines der beiden Bauteile führt dazu, daß die Zentrierkugel aus ihrer Führung herausbewegt wird. Dies hat aber eine Relativbewegung der als Distanzmittel vorgesehenen Kugel zur Folge, weil diese mit der Zentrierkugel in Kraftschluß steht. Weicht die Zentrierkugel aus, muß die Distanzkugel ihr folgen. Dies führt aber zur Abstandsveränderung der als Scheiben im bevorzugten Ausführungsbeispiel ausgebildeten Schaltglieder, was wiederum vom Schalter, insbesondere einem Näherungsschalter wahrgenommen und zum Abschalten des Antriebes ausgenutzt wird.

Es liegt auf der Hand, daß die Krafteinwirkung aus beliebiger Richtung erfolgen kann, weil die Zentrierkugeln in kalottenförmigen Führungen eingespannt sind und daher auf jede unterschiedliche Krafteinwirkung gleichermaßen reagieren.

Die Erfindung sieht schließlich vor, daß das äußere Bauteil radial PO sich erstreckende, von außen zugängliche Kammern aufweist, die an ihrem Boden die Führung für die Zentrierkugeln enthalten und in denen auf die Zentrierkugeln einwirkende Federpakete, z.B. Tellerfedern, mit ihren Vorspannmitteln vorgesehen sind.

Diese Ausführung führt zum Vorteil, daß die Einstellung der erfindungsgemäßen Sicherungsvorrichtung von außen her auf einfachste Weise erfolgen kann, ohne daß das Werkzeug vom Auslegerarm des Manipulators entfernt werden muß.

*,Q Die Erfindung ist in einem Ausfuhrungsbeispiel in der Zeichnung dargestellt, ohne daß die Erfindung auf dieses Ausführungsbeispiel

beschränkt ist. Es zeigen:

Fig. 1: einen Radialschnitt durch eine erfindungsgemäße Sicherungsvorrichtung, entsprechend der Linie 1-1 in Fig. und

Fig. 2: eine Stirnansicht der Sicherungsvorrichtung gemäß Fig. 1.

Das Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt in Fig. 1 zwei Bauteile 1,2, die Bestandteil eines Manipulators sind. Hierbei handelt es sich bevorzugt um ein Bauteil 1, welches das Werkzeug 3 aufnimmt und ein anderes Bauteil 2, welches mit der letzten Nebenachse 4 des Auslegers eines Manipulators verbunden ist. Beide Bauteile 1,2 sind in der normalen Betriebsstellung fest'miteinander verbunden. Sollte aber ein Kollisionsfall entstehen, beispielsweise durch Anstoßen des Werkzeuges an einem Widerstand, dann ist diese feste Verbindung der beiden Bauteile 1,2 nicht starr sondern variabel. Aus der Relativbewegung der beiden Bauteile 1,2 wird ein Schaltimpuls hergeleitet, der zum Abschalten des motorischen Antriebes für den Manipulator verwendet wird.

Bei dem in Fig. 1 gezeigten AusfUhrungsbeispiel wird das Bauteil 1 über eineFlanschplatte 5 mittels der Schraube 6 am Werkzeug 3 befestigt.

Das Bauteil 1 wird in einem nabenartigen Bereich vom Bauteil 2 umgriffen, wobei das Bauteil 1 einen balligen Außenumfang 7 seiner Nabe aufweist, damit das Bauteil 2 nach Art einer kugeligen Bewegung um das Bauteil 1 sich relativ bewegen kann.

Zwischen beiden Bauteilen 1,2 sind an verschiedenen Stellen, vorzugsweise an drei im gleichen Abstand zueinander befindlichen Stellen, Zentrierkugeln 8 vorgesehen, welche die kraftschlüssige Verbindung der beiden Bauteile 1,2 herbeifuhren. Die einzelne

Zentrierkugel 8 ist in einer Führung 9 radial beweglich geführt.

An ihrer Außenseite ist die Zentrierkugel 8 von einem Federpaket beaufschlagt, welches in einem Ansatzgehäuse 11 geführt ist und mit Hilfe eines Spannmittels 13 in gewünschter Weise vorgespannt werden kann. Dieses einzelne Vorspannmittel 13 ist von außen zugänglich und gewährt damit die Einstellung der erfindungsgemäßen Sicherungsvorrichtung ohne Demontage einzelner Bauteile.

An der Innenseite der Zentrierkugel 8 befindet sich eine kalottenförmige Führung 14, die als Einsatz im inneren Bauteil 1 vorge-

Vj sehen ist. Diese kalattenförmige Führung 14 schließt eine radiale Bohrung 15 im inneren Bauteil 1 ab, in welcher zwei Kugeln 27,28 geführt sind, von denen die Kugel 27 als Distanzelement und die Kugel 28 als Verbindungskugel bezeichnet sind. Diese Kugeln 27,28 stehen in Berührungskontakt zur Zentrierkugel 8 und zwar in einer radialen Ebene. Eine Ausweichbewegung der Zentrierkugel 8 in irgendeiner Richtung führt also zu einer Reaktionsbewegung der Kugeln 27,28.

Die einzelne Distanzkugel 27 wirkt mit Abschrägungen 24 von zwei 2b einander distanzierten Schaltgliedern 16,17, die auch als Scheibe bezeichnet sind, zusammen. Diese Schaltglieder 16,17 sind koaxial und parallel zueinander angeordnet und über Schraubbolzen 18 miteinander verbunden. Der einzelne Schraubbolzen 18 greift mit einem Gewinde in das Schaltglied 17 ein. Zwischen dem anderen Schaltglied 16 und dem Kopf des Schraubbolzens 18 befindet sich eine Druckfeder 19, welche bestrebt ist, beide Schaltglieder 16,17 gegeneinander zu pressen.

Am einon Schaltglied 17 befindet sich ein Näherungsschalter 20, der die Aufgabe hat, die Distanz zwischen den Schaltgliedern 16,1/ zu überwachen. Verringert sich die Distanz über ein bestimmtes Maß, dann soll der Näherungsschalter 20 die Distanzverringerung zum Abschalten des motorischen Antriebes umsetzen. Zu diesem Zweck ist im Schaltglied 16 eine Einstellschraube 22 über ein Gewinde anqeordnet, die eine einen Anschlag bildende Schaltfahne 21 trägt, der mit dem Näherungsschalter 20 zusammenwirkt. Die Verstellung der Einstellschraube 22 kann über eine Kontermutter 23 fixiert werden.

Im normalen Betriebs fall wirkt die Zentrierkugel 8 über die Kraft des Federpaketes 12 radial nach innen gegen die Kugeln 27,28, wobei die Distanzkugel 27 dafür sorgt, daß die beiden Schaltglieder 16,17 in einem vorbestimmten Abstand voneinander sich befinden. Die Drehbewegung der Schaltglieder 16,17 wird durch mindestens einen Stift 25 verhindert, welcher in einen Schlitz 26 des Schaltgliedes 16 eingreift. Mit Hilfe der Schraubbolzen 18 läßt sich die Vorspannkraft zwischen den Schaltgliedern 16,17 über die Druckfeder 19 einstellen.

Führt eine Relativbewegung zwischen den Bauteilen 1,2 zu einer Lageveränderung der Zentrierkugeln 8 zu ihren kalottenförmigen Führungen 14, dann wird über die Abstandsänderung der Schaltglieder 16,17 der Schalter 20 betätigt und der motorische Antrieb abgestellt. Damit die Bauteile 1,2 sich nicht aus ihrer vorgegebenen Konstruktionsstellung herausbewegen können, ist der Sperrbolzen 29 in Ein- oder Mehrzahl vorgesehen, der in eine mit erheblicher Toleranz ausgestaltete Aussparung 30 des anderen Bauteiles eingreift und damit das Lösen der beiden Bauteile 1,2 voneinander verhindert.

Aus dem Beispiel der Fig. 2 erkennt man die Verschraubungen 31 zur Verbindung des äußeren Bauteiles 2 mit der letzten Nebenachse 4 des Auslegers und weiterhin die Verschraubungen 32 zur Verbindung des inneren Bauteiles 1 mit dem Werkzeug 3.

Die einzelnen Ansatzgehäuse 11 des äußeren Bauteiles 2 sind beim Ausfuhrungsbeispiel jedoch co gestaltet, d*B sit einerseits die Verdrehung der Vorspannmittel 13 zulassen und andererseits die eingestellte Verdrehstellung fixieren. Zu diese« Zweck ist das einzelne Ansatzgehäuse 11 mit einem Spalt 33 gemäß Fig. 2 versehen. Hit Hilfe der Verschraubung 34 ist es möglich, das Ansatzgehäuse 11 gegen das Vorspannmittel 13 zu verspannen und damit deren Lage zu fixieren.

	S Hick I ist«	28	Verbindung«kugel
1	Bauteil (innen)	29	Sperrbolzen
2	Bauteil (außen)	30	Aussparung
3	Werkzeug	31	Verschraubung
4	letzte Nebenachse	32	Verschraubung
5	Flanschplatte	33	Spalt
6	Schraube	34	Verschraubung
7	balliger Außenumfang
8	Zentrierkugel
9	Führung
10	Kammer
11	Ansatzgehäuse
12	Federpaket
13	Vorspannmittel
14	kalottenförmige Führung
15	radiale Bohrung
16	Schaltglied (Scheibe)
17	Schaltglied (Scheibe)
18	Schraubbolzen
19	Druckfeder
20	Näherungsschalter
21	Schaltfahne
22	Einstellschraube
23	Kontermutter
24	Abschrägung
25	Stift
26	Schlitz
27	Distanzelement

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Claims

Patentansprüche

1. Sicherungsvorrichtung für Handhabungsgeräte zur Abschaltung des motorischen Antriebes bei Kollision, bestehend aus zwei miteinander kraftschlüssig verbundenen, aus ihrer Zentrierstellung dreidimensional ausweichfähig angeordneten Bauteilen

b und aus einem auf die Ausweichbewegung reagierenden Schalter für den Antrieb, dadurch gekennzeichnet , daß die Sicherungsvorrichtung zwei auf Distanz gehaltene und gegeneinander kraftschlüssig gespannte Schdtglieder (16,17) aufweist, deren Distanzänderung als Mittel zum Abschalten des Antriebes vorgesehen ist, wobei die Lage der die Schaltglieder distanzierenden Mittel (27) im Kollisionsfall verändert ist.

2. SicherungsvorricHung nach Anspruch 1, dadurch g e k e η η zeichnet, daß als Schaltglieder zwei zueinander koaxial geführte und mittels Federn (19) gegeneinander gepreßte Scheiben (16,17) vorgesehen sind, zwischen denen peripher vorzugsweise als Kugeln ausgebildete Distanzelemente (27) geführt sind, deren Lage durch im Kollisionsfall veränderliche Anschläge (8,28) gesichert ist.

3. Sicherungsvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch g e k e η η zeichnet, daß die Scheiben (16,17) an ihren einander zugekehrten Rändern abgeschrägt (24) ausgebildet sind.

pi;,

4. Sicherungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder folgenden, dadurch gekennzeichnet , daß eine der Scheiben fi7)

einen Näherungsschalter (20) aufnimmt und die andere Scheibe (16) einen einstellbaren, mit dem Schalter (20) zusammenwirkenden Anschlag (21) aufweist.

5. Sicherungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die Scheiben (16,17) über ihre Distanzmittel (27) in einem (i) der beiden Bauteile geführt und zusätzlich gegen Verdrehung (25,26) gesichert sind.

6. Sicherungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die Bauteile (1,2) durch mehrere, vorzugsweise drei Zentrierkugeln (8) miteinander verbunden sind, die in dem äußeren, das andere Bauteil (1) umgreifende Bauteil (2) radial geführt und federbelastet (12) sind und die in eine kalottenförmige Führung (14) des inneren Bauteiles (1) eingreifen.

7. Sicherungsvorrichtung nach Anspruch 6, dadurch g e k e η η zeichnet, daß die einzelne kalottenförmige Führung (14) eine radiale Bohrung (15) des inneren Bauteiles (1) abschließt, in der mindestens eine als Distanzelement (27) bestimmte Kugel geführt ist, die mit der Zentrierkugel (8) mittelbar oder unmittelbar in Berührung steht.

8. Sicherungsvorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß das äußere Bauteil (2) radial sich erstreckende, von außen zugängliche Kammern (10) aufweist, die an ihrem Boden die Führung (9) für die Zentrierkugeln (8) enthalten und in denen auf die Zentrierkugeln (8) einwirkende Federpakete (12), z.B. Tellerfedern, mit ihren Vorspannmitteln (13) vorgesehen sind.

Dipl.-Ing. H.-D. Ernicke
Patentanwalt