DD261986A1 - Ueberlastschutzvorrichtung fuer frei programmierbare und master-slave oder manuell gesteuerte manipulatoren - Google Patents

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 Anordnung einer auslenkbaren Platte an einem Kegelstumpf aus bewehrtem elastischem Material ermoeglicht je nach geometrischen Abmessungen und Mediendruck eine Kraftbegrenzung ueber einem 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. Figur

Description

Hierzu 1 Seite Zeichnungen

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft eine Überlastschutzvorrichtung für frei programmierbare und master-slave oder manuell gesteuerte Manipulatoren gegen zerstörend wirkende Belastungen bei

— Kollision des Werkzeugs bzw. Greifers mit dem Umfeld,

— einsatzbedingten Kraftrückwirkungen auf den Manipulator und

— äußeren Krafteinwirkungen auf Werkzeug bzw. Greifer,

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 geschlossenen 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.

Charakteristik des bekannten Standes der Technik

Bekannte technische Lösungen gehen davon aus, daß bei Kollision des Werkzeugs 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.

Solche Einrichtungen zum Kollisionsschutz sind aus den DD-PS 225384, 230470, 222541, 222244,213622,240348 und DE-OS 3331 244,3333 979,3310193,3605 505 bekan nt.

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.

Durch DD-Anmeldungen AZ WP B 25 J/2971313 und AZ WP B 25 J/2971321 sind Erfindungen bekannt, die die Energie der geforderten Größenordnung umwandeln können.

; Nachteilig ist bei den letzgenannten Vorrichtungen, daß sie eine hohe Eigenmasse haben und durch eine sphärische Führung des beweglichen Teiles in einem Gehäuse um einen Freiheitsgrad steifer sind als die in dieser Beschreibung vorgestellte Vorrichtung. Außerdem sind infolge des Fertigungsaufwandes und des Kompliziertheitsgrade die Kosten wesentlich höher.

Ziel der Erfindung

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 der technologischen Verfahren notwendigen Kräfte zuzulassen.

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.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Die Erfindung hat die Aufgabe, eine 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 Druckbegrenzungsventil unkompliziert in ihrer Größenordnung verändert werden können und wobei die Vorrichtung eine Verschiebung des 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- bzw. Greiferposition eingenommen wird, und außerdem besteht die Aufgabe, mit dieser Erfindung bei Füge- oder Bearbeitungsprozessen die auftretenden Positionierungenauigkeiten zu kompensieren, indem die Position des Werkzeuges bzw. Greifers durch eine konstruktiv vorgesehene Führung an dem zu verarbeitenden Gegenstand oder der zu montierenden Baugruppe korrigiert werden kann.

Dadurch werden Ausfälle durch Zerstörung und erhöhten Verschleiß vermieden.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß die Überlastschutzvorrichtung zwischen Manipulator und Werkzeug bzw. Greifer angeordnet und fest mit dem Manipulator verbunden ist.

Sie besteht aus einer Grundplatte und einer kleineren, formgleichen Auslenkplatte.

Beide Platten sind durch einen hermetisch dichten Kegelstumpf aus bewehrtem elastischen Material miteinander verbunden und werden mittels eines flüssigen oder gasförmigen Druckmediums, das sich im Innern des Kegelstumpfes befindet, mit einer definierten Kraft gegeneinander verspannt. Die Längs- und Querbewehrungen bestehen aus solchem Material, das die Formstabilität des Kegelstumpfes gewährleistet und bei kritischen äußeren Krafteinwirkungen die elastischen Verformungen des Kegelstumpfes mitvollzieht.

Ein Signalgeber gibt die Verschiebung zwischen Grundplatte und Auslenkplatte an und stellt einer Verarbeitungseinheit ein Signal zur Verfügung, um auf den Antriebsregelkreis einzuwirken. Mit der Änderung der Kegelstumpfgeometrie und dem Arbeitsdruck des Druckmediums läßt sich die Überlastschutzvorrichtung für unterschiedliche Belastung variieren.

Die Anwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung führt dazu, daß die im Manipulator vorhandene kinetische Energie bei seiner Berührung mit Gegenständen im Umfeld nicht zur Zerstörung des Manipulators führt, sondern mittels gedrosseltem Druckmedium diese in Wärme umwandelt und der Manipulator, ohne diezulässigen 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.

Ausführungsbeispiel

Die Erfindung wird nachstehend an einem Ausführungsbeispiel erläutert.

Die Zeichnungen zeigen die Überlastschutzvorrichtung in verschiedenen Positionen.

Figur 1: in Normalstellung

Figur 2: in ausgelenkter Stellung nach Kollision mit axialer Richtung der Reaktionskraft Figur 3: in ausgelenkter Stellung nach Kollision mit radialer Richtung der Reaktionskraft

Gemäß Figuri ist die Überlastschutzvorrichtung zwischen dem Manipulator 1 und dem Werkzeug 3 bzw. Greifer 3 angeordnet.

Sie besteht aus Grundplatte 2, Auslenkplatte 4, Kegelstumpf 5 aus elastischem Material, versehen mit Längs-6 und Querwehrung 7 aus zugfestem Material, Druckmedium 8, Signalgeber 9, Druckleitung 10 und elektrisch vorsteuerbarem Druckbegrenzungsventil 11.

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.

Beim quasistatischen Lastfall wird nach Herstellung einer geschlossenen kinematischen Kette durch die Antriebsmomente des Manipulators und durch ungünstige geometrische Stellungen die Auslenkplatte 4 aus ihrer Normallage gedrängt und durch Verkleinerung des Kegelstumpfvolumens ein Teil des Druckmediums 8 über die Druckleitung 10 durch das Druckbegrenzungsventil 11 abgeleitet. Dabei wird durch die Wirkung des Druckmediums 8 auf die Auslenkplatte 4 eine definierte Kraft in den Manipulator 1 eingeleitet. Der Signalgeber 9 gibt ein Signal an eine nicht dargestellte Verarbeitungseinheit ab. Der Manipulatorvorschub wird unterbrochen und/oder gegengesteuert. Die Auslenkplatte 4 nimmt durch den vorhandenen Volumenstrom Q die Ausgangslage ein. Der technologische Prozeß kann sofort weitergeführt werden.

Beim dynamischen Lastfall trifft das Werkzeug mit einer definierten Geschwindigkeit auf einen Gegenstand. Ohne Überlastschutzvorrichtung würden die Kräfte infolge der sehr hohen Verzögerung zerstörende Wirkungen haben. Durch die Überlastschutzvorrichtung besteht die Möglichkeit, die kinetische Energie, die das bewegte System besitzt, in Wärmeenergie umzuwandeln, indem das im Kegelstumpf 5 befindliche Druckmedium 8 über das Druckbegrenzungsventil 11 herausgedrückt

Wenn der Manipulator im Montageprozeß ein Werkstück in eine Montagegruppe einfügen muß, so besteht die Möglichkeit, daß nach dem Erreichen der Montageposition der Druck des Druckmediums 8 mittels vorsteuerbarem Druckbegrenzungsventil 11 so weit herabgesetzt wird, daß das Werkstück durch eine Führung die Bewegung zur Kompensation der Positionierungsgenauigkeiten ausführen kann und trotzdem die sichere Werkstückführung bestehen bleibt.

Claims (3)

1. Überlastschutzvorrichtung für frei programmierbare und master-slave oder manuell gesteuerte Manipulatoren, die zwischen Manipulator und Werkzeug bzw. Greifer angeordnet und in der Lage ist, Energie umzuwandeln, gekennzeichnet dadurch, daß zwischen einer fest mit dem Manipulator (1) verbundenen Grundplatte (2) und einer mit dem Werkzeug (3) bzw. Greifer (3) verbundenen Auslenkplatte (4) ein hermetisch dichter Kegelstumpf (5) aus elastischem Material, versehen mit Längs- (6) und Querbewegung (7), der sich bei äußeren Belastungen verformt, derart angeordnet ist, daß der mit einem Druckmedium (8) gefüllte und von innen mit Druck beaufschlagte Kegelstumpf die Auslenkplatte (4) in einer, auf den Manipulator bezogenen, durch die Länge der Längsbewegung (6) definierten Position fixiert ist, wobei ein innerhalb des Kegelstumpfes (5) befestigter Signalgeber (9) mit einer Verarbeitungseinheit und einem, mit dem Kegelstumpf (5) über Druckleitungen (10) verbundenen, Druckbegrenzungsventil (11) gekoppelt ist.

2. Überlastschutzvorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß die Längs- (6) und Querbewehrungen (7) aus solchem Material bestehen, das die Formstabilität des Kegelstumpfes (5) gewährleistet und bei kritischen äußeren Krafteinwirkungen die elastischen Verformungen des Kegelstumpfes (5) mitvollzieht.

3. Überlastschutzvorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß das Druckmedium (8) sowohl ein flüssiges als auch ein gasförmiges Medium sein kann.