DD260463A1

DD260463A1 - OVERLOAD PROTECTION DEVICE FOR FREE PROGRAMMABLE AND MASTER SLAVE OR MANUALLY CONTROLLED MANIPULATORS

Info

Publication number: DD260463A1
Application number: DD30269387A
Authority: DD
Inventors: Reinhard Tschuck; Juergen Pagel
Original assignee: Bauakademie Ddr
Priority date: 1987-05-13
Filing date: 1987-05-13
Publication date: 1988-09-28

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Ueberlastschutzvorrichtung fuer frei programmierbare und master-slave oder manuell gesteuerte Manipulatoren. Die Vorrichtung ist fuer den Schutz von Manipulatoren, die in einem technologischen Verfahren eine geschlossene kinematische Kette zum Zweck der Arbeitsverrichtung herstellen muessen, einsetzbar. Sie ist in der Lage, die kinetischen Energien des bewegten Systems im Falle einer gewollten oder ungewollten Beruehrung des Werkzeugs oder Greifers mit dem Umfeld in Waermeenergie umzuwandeln und sie laesst es zu, dass die Hoehe der Belastung des Manipulators auf ein unterkritisches Mass eingestellt werden kann und im Montagebetrieb axiale und radiale Ausgleichsbewegungen erfolgen koennen. Die geometrische Anordnung einer auslenkbaren Platte und eines Arbeitszylinders ermoeglicht je nach Hebelverhaeltnis und Arbeitszylinderparameter eine Kraftbegrenzung ueber einen konstruktiv vorgesehenen Weg und verhindert damit die Ueberlastung, die sonst zur Zerstoerung des Manipulators fuehren wuerde. Die Vorrichtung laesst eine beliebige Kraftangriffsrichtung zu und kann den technischen Daten eines Manipulators angepasst werden. Ein am Arbeitszylinder befestigter Signalgeber erzeugt waehrend des Einfahrens der Kolbenstange ein Signal fuer die weitere Verarbeitung im Antriebsregelkreis. FigurThe invention relates to an overload protection device for freely programmable and master-slave or manually controlled manipulators. The device can be used for the protection of manipulators, which have to produce a closed kinematic chain for the purpose of working in a technological process. It is able to convert the kinetic energies of the moving system in the case of a deliberate or unwanted contact of the tool or gripper with the environment in heat energy and it allows that the amount of stress of the manipulator can be adjusted to a subcritical level and axial and radial compensatory movements can take place in the assembly operation. The geometric arrangement of a deflectable plate and a working cylinder allows depending on Hebelverhaeltnis and working cylinder parameters a force limit over a constructive way and thus prevents the overload that would otherwise lead to the destruction of the manipulator. The device allows any force application direction and can be adapted to the technical data of a manipulator. An attached to the cylinder signal generator generates during the retraction of the piston rod a signal for further processing in the drive control loop. figure

Description

Hierzu 1 Seite ZeichnungenFor this 1 page drawings

Field of application of the invention

Die Erfindung betrifft eine Überlastschutzvorrichtung fürfrei programmierbare und master-slave oder manuell gesteuerte Manipulatoren gegen zerstörend wirkende Belastungen beiThe invention relates to an overload protection device for freely programmable and master-slave or manually controlled manipulators against destructive loads

— Kollision des Werkzeugs bzw. Greifers mit dem Umfeld,Collision of the tool or gripper with the environment,

— einsatzbedingten Kraftrückwirkungen auf den Manipulator und- operational force repercussions on the manipulator and

— äußeren Krafteinwirkungen auf Werkzeug oder Greifer,- external forces acting on tools or grippers,

die speziell dafür vorgesehen ist, Manipulatoren zu schützen, die im Arbeitsprozeß mit verfahrensbedingten Kräften und Momenten auf Teile des Umfeldes einwirken und bei Montageeinsatz axialen und radialen Versatz ausgleichen müssen, ohne daß bei der entstehenden geschlosenen kinematischen Kette Zerstörungen am Manipulator oder seinen Teilen entstehen. _% Ein weiteres Anwendungsgebiet liegt bei den technologischen Verfahren, bei denen ein Werkzeug in einen engen Raum oder eine Bohrung eingeführt wird oder nach der Arbeitsverrichtung herausgezogen werden muß.which is specifically designed to protect manipulators that act in the work process with process-related forces and moments on parts of the environment and compensate for axial and radial displacement offset assembly, without causing damage to the manipulator or its parts in the resulting closed kinematic chain. _% A further field of application is the technological processes in which a tool in a narrow space or bore is inserted, or must be pulled out by the work performed.

Characteristic of the known state of the art

Bekannte technische Lösungen gehen davon aus, daß bei Kollision des Werkzeuges bzw. Greifers mit dem Umfeld, jene ausweichen oder ein Signal zur Notabschaltung erzeugen. Bekannte technische Lösungen sind nicht in der Lage, in bewegten Systemen vorhandene Energie umzuwandeln und nur definierte Belastungen des Manipulators zuzulassen, bzw. können nur in quasistatischen Prozeßabläufen eingesetzt werden.Known technical solutions assume that in case of collision of the tool or gripper with the environment, those evade or generate a signal for emergency shutdown. Known technical solutions are not able to convert existing energy in moving systems and to allow only defined loads of the manipulator, or can be used only in quasi-static processes.

Solche Einrichtungen zum Kollisionsschutz sind aus den DD-PS 225 384, 230 470, 222 541,222 244, 213 622, 240 348 und DE-OS 333 1244,3333 979, 3310 193, 360 5505 bekannt.Such devices for collision protection are known from DD-PS 225 384, 230 470, 222 541.222 244, 213 622, 240 348 and DE-OS 333 1244.3333 979, 3310 193, 360 5505.

Allen diesen Erfindungen ist gemeinsam, daß eine Anspruchstelle bei Lageverschiebung eines beweglichen Teiles einer Vorrichtung bei Kollision ein Signal erzeugt aber keine Energie umgewandelt werden kann.All these inventions have in common that a claim point upon displacement of a movable part of a device in collision generates a signal but no energy can be converted.

Durch DD-AnmeldungenAZWP25 J/297 131 3 und AZ WP B 25 J/297 132 1-sind Erfindungen bekannt, die die Energie der geforderten Größenordnung umwandeln können..By DD applications AZWP25 J / 297 131 3 and AZ WP B 25 J / 297 132 1-inventions are known that can convert the energy of the required order ..

Nachteilig ist bei den letztgenannten Vorrichtungen, daß sie eine hohe Eigenmasse haben und durch eine sphörische Führung des beweglichen Teiles in einem Gehäuse um einen Freiheitsgrad steifer sind als die dieser Beschreibung vorgestellteA disadvantage of the latter devices that they have a high intrinsic mass and are stiffer by a sphörische guidance of the movable part in a housing by one degree of freedom than presented in this description

Vorrichtung. ·Device. ·

Außerdem sind infolge des Fertigungsaufwandes und des Kornpliziertheitsgrades die Kosten wesentlicher höher.In addition, the cost is significantly higher due to the manufacturing effort and the Kornpliziertheitsgrades.

Object of the invention

Die Erfindung hat die Zielstellung, Manipulatoren, die, bedingt durch die eigene installierte Antriebsleistung und durch die vorhandene Energie des bewegten Systems, in der Lage sind, sich selbst zu zerstören, zu schützen und trotzdem die für die Durchführung dertechnologischen Verfahren notwendigen Kräfte zuzulassen.The invention has the objective of manipulators, which, due to their own installed drive power and the existing energy of the moving system, are able to destroy themselves, protect and still allow the necessary forces for the implementation of technological processes forces.

Weitere Ziele der Erfindung bestehen in der Realisierbarkeit der Vorrichtung mit relativ geringer Eigenmasse und niedrigen Gerätekosten sowie in der Kompensation der Positionierungenauigkeiten in Montageprozessen bei gleichzeitiger Senkung der Montagezeit.Other objects of the invention are the feasibility of the device with relatively low mass and low equipment costs and in the compensation of positioning inaccuracies in assembly processes while reducing assembly time.

Explanation of the essence of the invention

Die Erfindung hat die Aufgabe, einen Überlastschutz zu schaffen, der, im Falle einer gewollten oder ungewollten Kollision des Werkzeugs bzw. Greifers eines Manipulators mit dem Umfeld, in der Lage ist, die vorhandene Energie umzuwandeln und dabei nur definierte Kräfte auf den Manipulator wirken zu lassen, die je nach Erfordernis des technologischen Verfahrens durch ein Stellelement unkompliziert in ihrer Größenordnung verändert werden können und wobei die Vorrichtung eine Verschiebung desThe invention has the object to provide an overload protection, which, in the case of a deliberate or unwanted collision of the tool or gripper of a manipulator with the environment, is able to convert the existing energy and thereby act only defined forces on the manipulator let, which can be easily changed in its order of magnitude by an adjusting element according to the requirement of the technological procedure and whereby the device a displacement of the

Werkzeugs bzw. Greifers relativ zum Manipulator zuläßt, die ausreicht, die kinetische Energie in Wärme umzuwandeln und ein Signal im Antriebsregelkreis so zu verarbeiten, daß die ursprüngliche Werkzeug- oder Qreiferposition eingenommen wird und außerdem besteht die Augabe, mit dieser Erfindung bei Füge- oder Bearbeitungsprozessen die auftretenden Positionierungenauigkeiten zu.kompensieren, indem die Position des Werkzeugs bzw; Greifers durch eine konstruktiv vorgesehene Führung an dem zu bearbeitenden Gegenstand oder der zu montierenden Baugruppe korrigiert werden kann.Tool or gripper allows relative to the manipulator, which is sufficient to convert the kinetic energy into heat and process a signal in the drive control loop so that the original tool or Qreiferposition is taken and also Augabe, with this invention in joining or machining processes compensate the occurring positioning inaccuracies by the position of the tool or; Gripper can be corrected by a structurally provided guide on the object to be machined or the assembly to be mounted.

Dadurch werden Ausfälle durch Zerstörung und erhöhten Verschleiß vermieden.This avoids failures due to destruction and increased wear.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß die Überlastschutzvorrichtung zwischen Manipulator und Werkzeug bzw. Greifer angeordnet und fest mit dem Manipulator verbunden ist.According to the invention the object is achieved in that the overload protection device between the manipulator and tool or gripper is arranged and fixedly connected to the manipulator.

Sie besteht aus einer Grundplatte und einer kleineren, formgleichen Auslenkplatte.It consists of a base plate and a smaller, identical deflection plate.

Je nach geometrischer Gestaltung sind beide Platten durch Zugelement an mindestens drei Stellen miteinander verbunden u;;.d werden mittels eines druckbeaufschlagten Arbeitszylinders mit einer definierten Kraft gegeneinander verspannt. Zugelemenie und Arbeitszylinder bilden dabei ein Kräftedreieck. Der Arbeitszylinder ist beidseitig an Kordangelenken befestigt. Ein Signalgeber gibt die Verschiebungzwischen Grundplatte und Auslenkplatte an und stellt einer VerarbeitungseinheiteinSignal zur Verfügung, um auf den Antriebsregelkreis einzuwirken. Mit der Änderung der Anlenkgeometrie der Zugelemsrita/denn Arbeitsdruck des Übertragungsmediums und dem DurchmesserdesArbeitszylindersläßtsichdieÜberlastschutzvarrichtungfür unterschiedliche Belastung variieren.Depending on the geometric design both plates are connected by tension element at least three points with each other u, d are clamped by means of a pressurized working cylinder with a defined force against each other. Zugelemenie and working cylinder thereby form a triangle of forces. The working cylinder is attached to both sides of cord hinges. A buzzer indicates the displacement between the base plate and the deflection plate and provides a signal to a processing unit to act on the drive control loop. With the change in the articulation geometry of the delivery torque / operating pressure of the transfer medium and the diameter of the working cylinder, the overload protection device can vary for different loads.

Die Anwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung führt dazu, daß die im Manipulator vorhandene kinetische Energie bei einer Berührung mit Gegenständen im Umfeld nicht zur Zerstörung des Manipulators führt, sondern mittels gedrosseltem Druckmittel diese in Wärme umwandelt und der Manipulator, ohne die zulässigen Belastungen zu überschreiten, abgebremst wird. Die Anwendung führt weiterhin dazu, daß mit der Mediendruckveränderung bei Montagevorgängen die Auslenkplatte und mit ihr das Werkstück Ausweichbewegungen durchführen kann, bis die Montageposition erreicht ist.The application of the device according to the invention causes the kinetic energy present in the manipulator in contact with objects in the environment does not lead to the destruction of the manipulator, but by means of throttled pressure medium converts them into heat and the manipulator, without exceeding the allowable loads, is braked , The application also leads to the fact that with the media pressure change during assembly operations, the deflection plate and with her the workpiece can perform evasive movements until the mounting position is reached.

embodiment

Die Erfindung wird nachstehend an einem Ausführungsbeispiel erläutert.The invention will be explained below using an exemplary embodiment.

Die Zeichnungen zeigen die Überlastschutzvorrichtung in verschiedenen Positionen.The drawings show the overload protection device in various positions.

Figur"!: in NormalstellungFigure "!: in normal position

Figur2: in ausgelenkter Stellung nach Kollision undFigure 2: in the deflected position after collision and

Figur3: in ausgelenkter Stellung im MontagefallFigure 3: in the deflected position in the case of installation

Gemäß Figur 1 ist die Überlastschutzvorrichtung zwischen dem Manipulator 1 und dem Werkzeug 2 oder Greifer 3 angeordnet.According to FIG. 1, the overload protection device is arranged between the manipulator 1 and the tool 2 or gripper 3.

Sie besteht aus Grundplatte 4, Auslenkplatte 5, Zugelemente 6, Arbeitszylinder 7, Kordangelenke 8, elektrisch vorsteurbarem Druckbegrenzungsventil 9 und Signalgeber 10.It consists of base plate 4, deflection plate 5, tension elements 6, cylinder 7, Kordangelenke 8, electrically vorsteurbarem pressure relief valve 9 and signal generator 10th

Wenn der Manipulator als Werkzeugträger in einem technologischen Bearbeitungsverfahren eingesetzt wird, so können sich 2 Betriebszustände ergeben, bei denen eine Überlastung auftritt; der quasistatische und der dynamische Lastfall.If the manipulator is used as a tool carrier in a technological processing method, then two operating states may arise in which an overload occurs; the quasistatic and the dynamic load case.

Beim quasistatischen Lastfall wird nach Herstellung einer geschlossenen kinematischen Kette durch die Antriebsmomente des Manipulators und durch ungünstige geometrische Stellungen die Auslenkplatte 5 aus ihrer Normallage gedrängt und die Kolbenstange des Arbeitszylinders 7 wird in das Arbeitszylindergeäuse eingeschoben. Dabei wird durch den Arbeitszylinder 7 eine definierte Kraft in den Manipulator 1 eingeleitet.In the quasistatic load case, the deflection plate 5 is forced out of its normal position after production of a closed kinematic chain by the drive torque of the manipulator and by unfavorable geometric positions and the piston rod of the working cylinder 7 is inserted into the working cylinder housing. In this case, a defined force is introduced into the manipulator 1 by the working cylinder 7.

Der Signalgeber 10 gibt ein Signal an eine nicht dargestellte Verarbeitungseinheit ab (Fig.2). Der Manipulatorvorschub wird unterbrochen und/oder gegengesteuert. Die Auslenkplatte 5 nimmt durch den vorhandenen Volumenstrom Q die AusgangslageThe signal generator 10 outputs a signal to a processing unit (not shown) (FIG. 2). The manipulator feed is interrupted and / or counter-controlled. The deflection plate 5 takes by the existing volume flow Q, the starting position

ein. Der technologische Prozeß kann sofort weitergeführt werden. ;on. The technological process can be continued immediately. ;

Beim dynamischen Lastfall trifft das Werkzeug mit einer definierten Geschwindigkeit auf einen Gegenstand. Ohne Überlastschutzvorrichtung würden die Kräfte infolge der sehr hohen Verzögerung zersörende Wirkungen haben. Durch die Überlastschutzvorrichtung besteht die Möglichkeit, die kinetische Energie, die das bewegte System besitzt, in Wärmeenergie umzuwandeln, indem das im Arbeitszylinder 7 befindliche Druckmedium über ein Druckbegrenzungsventil 9 herausgedrücktIn the case of a dynamic load case, the tool hits an object at a defined speed. Without overload protection devices, the forces would have destructive effects due to the very high delay. By the overload protection device, it is possible to convert the kinetic energy that has the moving system into heat energy by the pressure medium located in the working cylinder 7 pushed out via a pressure relief valve 9

Wenn der Manipulator im Montageprozeß ein Werkstück in eine Motagebaugruppe einfügen muß (Fig.3), so besteht die Möglichkeit, daß nach dem Erreichen der Montageposition der Druck des Arbeitsmediums mittels vorsteuerbarem Druckbegrenzungsventil 9 so weit herabgesetzt wird, daß das Werkstück durch eine Führung die Bewegung zur Kompensation der Positionierungenauigkeiten ausführen kann und trotzdem die sichere Werkstückführung bestehen bleibt.If the manipulator in the assembly process must insert a workpiece in a Motagebaugruppe (Figure 3), so there is a possibility that after reaching the mounting position, the pressure of the working medium by means of pilot-operated pressure relief valve 9 is so far lowered that the workpiece by a guide movement to compensate for the positioning inaccuracies can run and still the safe work piece management remains.

Claims

1. Overload protection device for freely programmable and master-slave or manually controlled manipulators, which is arranged between manipulator and tool or gripper and capable of converting energy, characterized in that between a fixed to the manipulator (1) base plate connected (4 ) and a deflection plate (5) connected to the tool (2) or gripper (3), a working cylinder (7) and tension elements (6), which yield under pressure, are connected to one another in such a way that the pressure cylinder (7) is pressurized. the deflection plate (5) is fixed in a position, which is related to the manipulator and defined by the length of the tension elements (6), a signal transmitter (10) attached to the working cylinder (7) having a processing unit urfd one connected to the working cylinder (7) , Pressure relief valve (9) is coupled.

2. Overload protection device according to claim 1, characterized in that between the Äuslenkplatte (5) and the tool (2) or gripper (3) at least three Zugiemente (6) are arranged.