DE102015223072A1

DE102015223072A1 - Schutzvorrichtung zur Absicherung eines Effektors eines Roboters

Info

Publication number: DE102015223072A1
Application number: DE102015223072.4A
Authority: DE
Inventors: Jan-Sebastian Graul; Andreas Pfranger
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2015-11-23
Filing date: 2015-11-23
Publication date: 2017-05-24
Anticipated expiration: 2035-11-24
Also published as: DE102015223072B4

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Schutzvorrichtung zur Absicherung eines Effektors eines Roboters mit mindestens einem Innengehäuse, das bestimmungsgemäß einen Arbeitsraum für den Effektor bestimmt, und einem Außengehäuse, das koaxial zu dem Innengehäuse angeordnet ist und das Außengehäuse das Innengehäuse beabstandet umschließt, wobei das Innengehäuse und das Außengehäuse aus leitfähigem Material ausgebildet sind und zumindest das Außengehäuse deformierbar ist, so dass es von außen gegen das Innengehäuse drückbar ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Schutzvorrichtung zur Absicherung eines Effektors eines Roboters, insbesondere Industrieroboters, Assistenzroboters und MRK-zertifizierten Roboters.
Im industriellen Umfeld sind Roboter für die Fertigung unverzichtbar. Sie bestehen zumeist aus einem Manipulator, der dazugehörigen Steuerung und einem Effektor, welcher das Werkzeug hält oder als Greifinstrument ausgebildet ist. Zusätzlich können Industrieroboter mit diversen Sensoren ausgerüstet sein, welche die Arbeits- und Programmabläufe einschränken. Im bisherigen Produktionsablauf sieht der Gesetzgeber Schutzeinrichtungen vor, welche für den Betrieb von Robotern unumgänglich sind. Die gängigen Schutzmaßnahmen beinhalten eine Abtrennung des Roboterarbeitsbereichs vom menschlichen Bewegungsraum mittels Schutzzäunen. Durch ein Öffnen des Zaunes oder durch die Unterbrechung einer installierten Lichtschranke kommt es zum Verlangsamen der Robotertätigkeit oder zum kompletten Stillstand der Anlage, um eine Gefährdung des Menschen zu verhindern.
Jedoch gibt es auch ein direktes Zusammenwirken von Mensch und Maschine, beispielswiese beim Lehren des Bewegungsablaufes oder bei der manuellen Werkzeugbestückung. Dann erlauben Sicherheitstaster die Bewegung des Roboters trotz offener Lichtschranken.
Bei dem Bestreben die Mensch-Roboter-Kooperation (MRK) in den Fertigungsprozess einzubinden, stören die genannten Sicherheitseinrichtungen den Produktionsablauf bzw. verhindern die Zusammenarbeit vollständig. Zur Wahrung des Arbeiters vor Verletzungen sehen die Werkzeugschutzrichtlinien Schutzeinrichtungen vor. Dabei ist jedoch problematisch, dass diese zumeist manipulierbar sind, so dass sie durch die Arbeiter außer Kraft gesetzt werden. Außerdem ist der Platzbedarf, beispielsweise für Schutzzäune sehr hoch.
Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine Schutzvorrichtung bereit zu stellen, die eine sichere Mensch-Maschine-Kooperation gewährleistet.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmalskombination gemäß Patentanspruch 1 gelöst.
Erfindungsgemäß wird eine Schutzvorrichtung zur Absicherung eines Effektors eines Roboters vorgeschlagen, mit mindestens einem Innengehäuse, das bestimmungsgemäß einen Arbeitsraum für den Effektor bestimmt, und einem Außengehäuse, das koaxial zu dem Innengehäuse angeordnet ist. Das Außengehäuse umschließt beabstandet das Innengehäuse. Sowohl das Innengehäuse als auch das Außengehäuse sind aus leitfähigem Material gebildet und zumindest das Außengehäuse ist deformierbar, so dass es von außen gegen das Innengehäuse gedrückt werden kann. Der Effektor verbleibt soweit als möglich während seiner Durchführung von Arbeiten innerhalb des Arbeitsraumes innerhalb des Innengehäuses. Das Innengehäuse bildet eine Art Käfig um den Effektor. Bei der Interaktion und einer möglichen Kollision mit dem Menschen wird das flexible Außengehäuse gegen das Innengehäuse gedrückt. Da sowohl das Außengehäuse als auch das Innengehäuse aus leitfähigem Material gebildet sind, kann dieser Kontakt elektrisch oder elektronisch erfasst und der Roboter abgeschaltet werden.
In einer Ausführungsvariante der Schutzvorrichtung ist vorgesehen, dass das Innengehäuse und das Außengehäuse an einen Stromkreis angeschlossen sind und der Kontakt zwischen dem Innengehäuse und das Außengehäuse den Stromkreis schließt. Über ein Relais ist ein Schaltkontakt realisierbar, der ein Off-Signal an die Robotersteuerung leitet. Alternativ kann der Kontakt an eine Sicherheitssteuerung des Roboters geleitet werden, welche das Off-Signal auslöst.
In einer vorteilhaften Ausführung ist das Außengehäuse elastisch verformbar ausgeführt, so dass es nach einem Kontakt wieder in die Ursprungsform zurückkehrt und die Krafteinleitung in den Menschen bei einer Kollision reduziert wird. Es kann jedoch auch eine teilplastische Verformung vorgesehen werden, um Dämpfungseigenschaften durch die plastische Verformung bei einer Kollision bereit zu stellen.
Um das zu erreichen werden das Innengehäuse und das Außengehäuse in einer hinsichtlich der Verarbeitbarkeit und der Kosten günstigen Ausführung je aus einem Stahlgitter gebildet sind. Die Materialstärke wird von dem Fachmann entsprechend angepasst, so dass die Verformbarkeit gewährleistet ist.
Ferner wird an der Schutzvorrichtung vorgesehen, dass das Innengehäuse und das Außengehäuse jeweils einen freien Randabschnitt aufweisen, die durch einen nichtleitfähigen Flansch miteinander verbunden sind. Der Flansch kann beispielsweise aus Gummi sein und eine Auflagefläche für die Schutzvorrichtung bieten. Der Flansch weist vorteilhafterweise eine Arbeitsöffnung auf, die mit dem Arbeitsraum verbunden ist. Beispielsweise kann zur Bearbeitung eines Bauteils der Flansch mit der Arbeitsöffnung über das Bauteil gefahren werden, so dass das Bauteil im Arbeitsraum vom Effektor bearbeitet wird.
Vorteilhaft ist zudem eine Ausführung der Schutzvorrichtung, bei der das Innengehäuse und das Außengehäuse jeweils hohlzylindrisch ausgebildet sind. Die beiden Hohlzylinder werden hierbei koaxial ineinander gesteckt. Zwischen dem Innengehäuse und dem Außengehäuse wird in einer Weiterbildung mindestens ein nichtleitfähiger Abstandshalter angeordnet. Insbesondere bei größeren Schutzvorrichtungen kann somit ein ungewolltes Kontaktieren von innen- und Außengehäuse verhindert werden. Der Abstandshalten kann hierzu eine Art Materialvorspannung erzeugen.
Das Stahlgitter weist zudem Maschen auf, deren Maschenweite jeweils zwischen 0,2 bis 5cm² liegt. Somit kann ein menschliches Durchgreifen ausgeschlossen werden. Der Abstand zwischen dem Innengehäuse und dem Außengehäuse liegt zwischen 1,0 und 3cm.
Andere vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet bzw. werden nachstehend zusammen mit der Beschreibung der bevorzugten Ausführung der Erfindung anhand der Figuren näher dargestellt. Es zeigen:
1 eine perspektivische Ansicht einer Ausführung einer Schutzvorrichtung; und
2 eine die Schutzvorrichtung aus 1 im aufgeschnittenen Zustand.
In den 1 und 2 ist ein Ausführungsbeispiel der Schutzvorrichtung 1 mit hohlzylindrischem Innengehäuse 2 und koaxialem hohlzylindrischem Außengehäuse 3 dargestellt, die jeweils aus einem Stahlgitter gebildet sind. Die Stahlgitter weisen Maschen auf die zueinander fluchtend angeordnet sind. Der von dem Innengehäuse 2 umschlossene Raum ist der Arbeitsraum für den Effektor eines Roboters (nicht gezeigt). Zwischen dem Innengehäuse 2 und dem koaxialem Außengehäuse 3 ist über die gesamte Erstreckung der Schutzvorrichtung 1 ein Abstand vorgesehen. In der Ausführung aus Stahlgitter sind sowohl das Innengehäuse 2 als auch das Außengehäuse 3 leitfähig. Es können jedoch auch andere leitfähige Materialien eingesetzt werden.
Die Materialstärke der Stahlgitter ist so gering dimensioniert, dass das Innengehäuse 2 und das Außengehäuse 3 relativ zueinander bewegbar sind, insbesondere durch Deformation, eine Berührung ermöglicht ist. Das Innengehäuse 2 und das Außengehäuse 3 sind an ihren longitudinalen freien Randabschnitten jeweils durch nichtleitfähige Flansche 4, 5, vorzugsweise aus Gummi oder dergleichen, miteinander verbunden. Die Flansche 4, 5 schließen das Innen- und Außengehäuse 2, 3 und bieten beidseitig Arbeitsöffnungen 6 zum Eintritt und einem möglichen Austritt des Effektors aus der Schutzvorrichtung 1. Zudem kann die Schutzvorrichtung 1 durch einen der Flansche 4, 5 auf eine zu bearbeitende Fläche gesetzt werden und den Arbeitsraum im Inneren der Schutzvorrichtung 1 von einem Bereich außerhalb abgrenzen.
Nicht gezeigt ist, dass das Innengehäuse 2 und das Außengehäuse 3 an einen Stromkreis angeschlossen sind und ein Kontakt zwischen dem Innengehäuse 2 und dem Außengehäuse 3 den Stromkreis schließt, wodurch über einen Relais-Schaltkontakt ein Off-Signal oder Not-Aus des Roboters ausgelöst wird.
Im Betrieb wird das Außengehäuse 3 bei einer Kollision des im Arbeitsraum aufgenommenen Effektors mit einem Menschen deformiert und gegen das Innengehäuse gedrückt. Sobald der Kontakt erfolgt, schließt der Stromkreis und der Roboter stoppt.
Die Erfindung beschränkt sich in ihrer Ausführung nicht auf die vorstehend angegebenen bevorzugten Ausführungsbeispiele. Vielmehr ist eine Anzahl von Varianten denkbar, welche von der dargestellten Lösung auch bei grundsätzlich anders gearteten Ausführungen Gebrauch macht. Beispielsweise können das Innengehäuse und das Außengehäuse auch vollflächig ausgeführt sein, solange die beschriebenen technischen Eigenschaften erfüllt sind.

Claims

Schutzvorrichtung zur Absicherung eines Effektors eines Roboters mit mindestens einem Innengehäuse (2), das bestimmungsgemäß einen Arbeitsraum für den Effektor bestimmt, und einem Außengehäuse (3), das koaxial zu dem Innengehäuse (2) angeordnet ist und das Außengehäuse (3) das Innengehäuse (2) beabstandet umschließt, wobei das Innengehäuse (2) und das Außengehäuse (3) aus leitfähigem Material ausgebildet sind und zumindest das Außengehäuse (3) deformierbar ist, so dass es von außen gegen das Innengehäuse (2) drückbar ist.
Schutzvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Innengehäuse (2) und das Außengehäuse (3) an einen Stromkreis angeschlossen sind und ein Kontakt zwischen dem Innengehäuse (2) und das Außengehäuse (3) den Stromkreis schließt.
Schutzvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Außengehäuse (3) elastisch verformbar ist.
Schutzvorrichtung nach zumindest einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Innengehäuse (2) und das Außengehäuse (3) je aus einem Stahlgitter gebildet sind.
Schutzvorrichtung nach zumindest einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Innengehäuse (2) und das Außengehäuse (3) jeweils einen freien Randabschnitt aufweisen, die durch einen nichtleitfähigen Flansch (4, 5) miteinander verbunden sind.
Schutzvorrichtung nach dem vorigen, dadurch gekennzeichnet, dass der Flansch eine Arbeitsöffnung (6) aufweist, die mit dem Arbeitsraum verbunden ist.
Schutzvorrichtung nach zumindest einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Innengehäuse (2) und das Außengehäuse (3) jeweils hohlzylindrisch ausgebildet sind.
Schutzvorrichtung nach zumindest einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Innengehäuse (2) und dem Außengehäuse (3) mindestens ein nichtleitfähiger Abstandshalter angeordnet ist.
Schutzvorrichtung nach zumindest einem der vorigen Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Stahlgitter Maschen aufweist, deren Maschenweite jeweils zwischen 0,2 bis 5cm² liegt.
Schutzvorrichtung nach zumindest einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand zwischen dem Innengehäuse (2) und dem Außengehäuse (3) zwischen 0,5 und 2cm liegt.