DD260029B1

DD260029B1 - COLLISION SENSOR

Info

Publication number: DD260029B1
Application number: DD30222387A
Authority: DD
Inventors: Werner Froehlich; Heinz Thom
Original assignee: Adw Ddr Kybernetik Inf
Priority date: 1987-04-28
Filing date: 1987-04-28
Publication date: 1990-08-22
Also published as: DE3814582A1; DD260029A1

Description

Hierzu 1 Seite ZeichnungFor this 1 page drawing

Field of application of the invention

Die Erfindung betrifft den Schutz vor Kollisionsstörungen für räumlich sich bewegende Verfahreinheiten, z.B. mobile Roboter und Führungsgetriebe eines Roboters, unter Verwendung von einem oder mehreren Kollisionssensoren, die im voraussichtlichen Gefahrenbereich an beweglichen Einheiten oder stationären Hindernissen befestigt werden. Sie werden eingesetzt, wenn die Gefahr von Kollisionen im Arbeitsbereich des mobilen oder stationären Roboters besteht und Ausweichbewegungen oder Nothalt erzeugt werden müssen. Dabei stellt der Kollionssensor als Information ein binäres Signal bereit, wenn der Fühler aus seiner Nu Hage durch Krafteinwirkung d.h. Anfahren eines Hindernisses ausgelenkt wird. Die Information ist als Nothaltsignal zu nutzen.The invention relates to the protection against collision disturbances for spatially moving movement units, e.g. mobile robots and guide gears of a robot, using one or more collision sensors, which are mounted in the expected danger area on movable units or stationary obstacles. They are used when there is a risk of collisions in the working area of the mobile or stationary robot and evasive movements or emergency stop must be generated. In doing so, the collision sensor provides a binary signal as information when the sensor is released from its Nu Hage by force, i. Approaching an obstacle is deflected. The information is to be used as an emergency signal.

Da schon bei einer geringen gegenüber der möglichen Auslenkung des Tastfühlers von dem quasi dreidimensionalen Kollisionssensor ein Informationssignal vorliegt, ist der Inhalt des Signals bei entsprechender Steuerung ausreichend, um die in Richtung eines Hindernisses sich bewegende Verfahreinheit zu stoppen, bevor eine Kollisionszerstörung auftreten kann.Since an information signal is already present at a low relative to the possible deflection of the feeler sensor of the quasi-three-dimensional collision sensor, the content of the signal is sufficient with appropriate control to stop moving in the direction of an obstacle movement before a collision destruction can occur.

Charakteristik des bekannten Standes der TechnikCharacteristic of the known state of the art

Es sind einige aufwendige Vorrichtungen bekannt, deren Funktion zum Schutz der Effektoren und Roboter vor Kollision genutzt wird.There are some complicated devices are known whose function is used to protect the effectors and robots from collision.

In DD-WP 226243 „Vorrichtung zum Kollisionsschutz" B 25 J 19/00 wird der vom Gelenkroboter geführte Effektor vor Zerstörung oder bleibender Lageänderung durch eine Kompensation der Auslenkung und ein elektrisches Spannungspotential zwischen Effektor und peripheren Einrichtungen geschützt.In DD-WP 226243 "device for collision protection" B 25 J 19/00 the effector guided by the articulated robot is protected from destruction or permanent change in position by compensation of the deflection and an electrical voltage potential between effector and peripheral devices.

Ein ähnliches Verfahren ist in DD-WP 225656 „Schaltungsanordnung zum Kollisionsschutz, insbesondere für programmgesteuerte Arbeitsgeräte" B 25 J 19/00 beschrieben worden. Eine mechanische Lösung des Kollisionsschutzes mittels definierter Vorspannkräfte von Federn ist in DD-WP 222244, B 25 J 19/00 vorgestellt worden. In DD-WP 220250 „Havarie für Schweißroboter" B 25 J 19/00 wird der Schweißbrenner an eine elastisch isolierte Vorrichtung berfestigt und das Nothaltsignal erhält man von einem Formkontaktschalter. Das Prinzip des Robotersicherheitsfühlers, dargelegt in DE-PS 3241132; B 25 J 19/00, wurde dadurch gelöst, indem ein Näherungsinitiator von einem Schaltstößel beim Ausweichen des sekundären Flansches geschaltet wird und dadurch der Bewegungsablauf des Roboters unterbrochen wird. Bei der Sicherheitseinrichtung für Industrieroboter, DE-OS 3333979; B 25 J 19/00 erfolgt die Verbindung zwischen Roboterund Effektor über mindestens drei Flansche. Dabei sind zwei Flansche derart nachgiebig miteinander verbunden, daß sie ab einer bestimmten auf das Werkzeug ausgeübten Querkraft relativ zueinander kippen und dadurch eine Schalteinrichtung zum Ausschalten des Roboters z. B. einen induktiven Näherungsschalter betätigen. In der DD-PS 240348 ist eine Lösung beschrieben, die durch eine prismatische Lagerung nur vorzugsweise Ausienkungsrichtungen in der x-y-Ebene ermöglicht. Die DE-OS 3333497 weist nur einen justierbaren Abgleichmagneten für den Schaltpunkt auf. Der Schaltmagnet ist nicht justierbar.A similar method has been described in DD-WP 225656 "Circuit arrangement for collision protection, in particular for program-controlled implements" B 25 J 19/00 A mechanical solution of the collision protection by means of defined prestressing forces of springs is described in DD-WP 222244, B 25 J 19 / 00 In DD-WP 220250 "Waste Robot Wrench" B 25 J 19/00, the welding torch is clamped to an elastically insulated device and the emergency stop signal is obtained from a molded contact switch. The principle of the robot safety sensor, set forth in DE-PS 3241132; B 25 J 19/00, has been solved by switching a proximity switch by a switch plunger when the secondary flange deflects, interrupting the movement of the robot. In the safety device for industrial robots, DE-OS 3333979; B 25 J 19/00 the connection between robot and effector takes place via at least three flanges. In this case, two flanges are so yieldingly connected to each other that they tilt relative to each other from a certain force exerted on the tool transverse force and thereby a switching device for switching off the robot z. B. actuate an inductive proximity switch. In DD-PS 240348 a solution is described, which allows only prone by a prismatic Ausienkungsrichtungen in the x-y plane. DE-OS 3333497 has only one adjustable balancing magnet for the switching point. The solenoid is not adjustable.

Der Einsatz dieser oben beschriebenen Kollisionsvorrichtungen haben alle die Nachteile, daßThe use of these collision devices described above all have the disadvantages that

• sie nur zwischen Roboter (Handwurzel) und Effektor angeordnet sind,They are arranged only between robot (hand root) and effector,

• sie durch ihre Einbaulage den Abstand zwischen Handwurzel und Effektor verlängern und dadurch den Arbeitsraum des Effektors bei horizontaler und vertikaler Bedienung beträchtlich einschränken,• they extend the distance between the carpal and the effector due to their installation position and thus considerably restrict the working space of the effector in horizontal and vertical operation,

• ihre Ausführung sehr aufwendig ist,Their execution is very expensive,

• ihre Funktion nur bei Kollision des Effektors gegeben ist, nicht aber bei Kollision der Führungsgetriebe des Roboters.• their function is given only when the impactor collides, but not when the robotic gearbox collides.

Object of the invention

Ziel der Erfindung ist ein Erfassen von Hindernissen durch Tasten bzw. Fühlen, so daß Kollisionszerstörungen bei räumlich sich bewegenden Verfahreinheiten, insbesondere in der Robotertechnik, verhütet werden.The aim of the invention is to detect obstacles by keys or feel, so that collision destruction in spatially moving movement units, especially in robotics, be prevented.

Explanation of the essence of the invention

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen vorzugsweise einfachen quasi dreidimensionalen Kollisionssensor mit Hallelement und Magnet zu schaffen, der Hindernisse mit einem elastischen und in die Ausgangslage selbst zurückkehrenden Tastfühler erfaßt, und von dem einer oder mehrere im voraussichtlichen Gefahrenbereich an beweglichen Einheiten oder stationären Hindernissen befestigt werden können. Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß das Gehäuse die Form eines Zylinders mit einem nach oben auslaufenden geraden Kreiskegelstumpf aufweist, an dessen Grundplatte mittig isoliert das Hallelement befestigt ist. Ein Fühler ist mit dem zylindrischen Stabmagneten durch eine Buchse fest verbunden. Eine mit der Buchse mittels Gewinde verbundene zylindrische Hülse weist eine kreisringförmige Auflage zur Bildung eines am Umfang beliebig verteilten Kippunktes auf, mit der sie auf dem Rand des Kreiskegelstumpfes des Gehäuses sitzt. Die Hülse ist mittels einer das Gehäuse und die Hülse fest umschließenden Spiralfeder, deren Enden am zylindrischen Teil des Gehäuses und der Hülse befestigt sind, am Gehäuse elastisch fixiert. Vorteilhafterweise ist der Fühler biegeelastisch.The invention has for its object to provide a preferably simple quasi-three-dimensional collision sensor with Hall element and magnet that detects obstacles with an elastic and returning to the starting position self-sensing, and attached by one or more in the expected danger area of mobile units or stationary obstacles can be. According to the invention the object is achieved in that the housing has the shape of a cylinder with an upwardly expiring straight circular truncated cone, isolated at the base plate in the middle of the Hall element is fixed. A sensor is fixedly connected to the cylindrical bar magnet by a socket. A cylindrical sleeve connected to the bush by means of a thread has an annular support for forming a circumferentially distributed tilting point with which it sits on the edge of the circular truncated cone of the housing. The sleeve is fixed by means of a housing and the sleeve firmly enclosing coil spring whose ends are fixed to the cylindrical part of the housing and the sleeve, elastically fixed to the housing. Advantageously, the sensor is flexurally elastic.

embodiment

Die Erfindung soll nachstehend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden. In der dazugehörenden Zeichnung zeigt: Fig. 1: Schnittdarstellung des quasi dreidimensionalen Kollisionssensor.The invention will be explained in more detail below using an exemplary embodiment. In the associated drawing: FIG. 1: sectional view of the quasi-three-dimensional collision sensor.

Das Funktionsprinzip des quasi dreidimensionalen Kollisionssensors ist dadurch gekennzeichnet, daß ein biegeelastischer Fühler 6 mit einem zylindrischen Stabmagneten 7 mittels einer Buchse 3 starr gekoppelt ist. Der Abstand des Stabmagneten 7 zum Hallelement des Hallschalters 8 ist zwischen der Buchse 3 und einer zylindrischen Hülse 4 über ein Feingewinde justierbar. In dem Gehäuse, aus Grundplatte 1 und Kapsel 2 in Form eines Zylinders mit einem nach oben offen auslaufenden geraden Kreiskegelstumpf bestehend , ist auf der Grundplatte der Hallschaltkreis 8 vom Typ B 462 G isolationsgeschützt befestigt. Die Kapsel 2 hat seitlich eine Öffnung, durch die der Hallschaltkreis 8 aus dem Gehäuse herausgenommen werden kann. Über dem Hallschaltkreis 8 wird der Stabmagnet 7 in einem entsprechenden Schaltabstand mit der Buchse 3 gelagert. Durch eine die Kapsel 2 und die Hülse 4 fest umschließende Spiralfeder 5, wobei die zylindrischen Teile der Spiralfeder 5 an Kapsel 2 und Hülse 4 durch Klebung befestigt sind, wird die Hülse 4, die mittels eines Anschlages 9 auf dem Bohrungsrand des Kreiskegelstumpfes der Kapsel 2 sitzt, verbunden über die Buchse 3 mit Stabmagnet 7 und biegeelastischem Fühler 6 mit Kapsel 2 zu einem elastischen Gelenk zusammengefügtThe functional principle of the quasi-three-dimensional collision sensor is characterized in that a flexurally elastic sensor 6 is rigidly coupled to a cylindrical bar magnet 7 by means of a bushing 3. The distance of the bar magnet 7 to the Hall element of the Hall switch 8 is adjustable between the sleeve 3 and a cylindrical sleeve 4 via a fine thread. In the housing, consisting of base plate 1 and capsule 2 in the form of a cylinder with an upwardly open expiring straight circular truncated cone, the Hall effect circuit 8 type B 462 G is mounted insulation-protected on the base plate. The capsule 2 has an opening laterally through which the Hall effect circuit 8 can be taken out of the housing. About the Hall circuit 8, the bar magnet 7 is mounted in a corresponding switching distance with the socket 3. By a capsule 2 and the sleeve 4 tightly enclosing coil spring 5, wherein the cylindrical parts of the coil spring 5 are secured to the capsule 2 and sleeve 4 by gluing, the sleeve 4, by means of a stop 9 on the bore edge of the circular truncated cone of the capsule. 2 sits, connected via the sleeve 3 with bar magnet 7 and flexible elastic sensor 6 with capsule 2 joined together to form an elastic joint

Bei dem vorliegenden Beispiel beträgt der Raumwinkel α » 10°. In the present example, the solid angle α is »10 °.

Die drei Bohrungen an der Grundplatte 1 des Gehäuses dienen zur Befestigung des kleinen leichten Kollisionssensors an beliebigen Objekten, die der Kollisionsgefahr ausgesetzt sind.The three holes on the base plate 1 of the housing are used to attach the small light collision sensor to any objects that are exposed to the risk of collision.

Das vom Hallschaltkreis B 462 G ausgegebene Nothaltsignal ist ein standardisiertes TTL-Signal.The emergency stop signal output by the Hall B 462 G circuit is a standardized TTL signal.

Der um einen Drehpunkt in x-, y-Richtung bewegliche Fühler kehrt selbständig in seine Nullage zurück, sofern keine quasistatischen Kräfte auf ihn wirken. Der Fühler kann sich bei Verwendung eines biegeelastischen Materials, auch bei Drucklast, im Drehpunkt auslenken entsprechend der Eulerschen Knicktheorie.The sensor, which is movable about a pivot point in the x, y direction, automatically returns to its zero position, provided no quasi-static forces act on it. The sensor can deflect when using a flexurally elastic material, even under compressive load, in the fulcrum according to the Euler kinking theory.

Da schon bei einer geringen gegenüber der möglichen Auslenkung des Tastfühlers von dem quasi dreidimensionalen Kollisionssensorein Informationssignal vorliegt, ist der Inhalt des Signals bei entsprechender Steuerung ausreichend, um die in Richtung eines Hindernisses sich bewegende Verfahreinheit zu stoppen, bevor eine Kollisionszerstörung auftreten kann.Since there is an information signal even at a small compared to the possible deflection of the feeler of the quasi-three-dimensional collision sensor, the content of the signal is sufficient control with appropriate control to stop the moving in the direction of an obstacle moving movement before a collision destruction can occur.

Claims

1. collision sensor with Hall element, housing and magnet, wherein the magnet has such a distance from the Hall element, that by deflection of the magnet from the Hall element, a switching function is performed, characterized in that the housing has the shape of a cylinder with an upwardly extending straight circular truncated cone, the hall element is fastened to its base plate (1) in the center, that a sensor (6) is fixedly connected to the cylindrical bar magnet (7) by a bushing (3) in such a way that a cylindrical sleeve (3) connected to the bushing (3) is threaded 4) has a circular support (9) for forming an arbitrarily distributed on the circumference Kippunktes with which it sits on the edge of the circular truncated cone of the housing and that the sleeve (4) by means of a housing and the sleeve (4) tightly enclosing coil spring ( 5), whose ends are fixed to the cylindrical part of the housing and the sleeve (4), is elastically fixed to the housing.

2. collision sensor according to claim 1, characterized in that the sensor (6) is flexurally elastic.