-
Stand der Technik
-
Die Erfindung betrifft eine Schutzeinrichtung für eine Manipulationseinrichtung an einer Handhabungseinrichtung, insbesondere an einem Handhabungsroboter, nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Ferner betrifft die Erfindung eine Handhabungseinrichtung mit einer erfindungsgemäßen Schutzeinrichtung.
-
Eine Schutzeinrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 ist aus der
DE 203 14 896 U1 bekannt. Bei der bekannten Schutzeinrichtung ist an einem Greifarm der Handhabungseinrichtung ein aus Rohren zusammengesetztes Gestell angeordnet, das mit Greif- bzw. Spannelemente zum Greifen von Werkstücken o.ä. verbunden ist. Dabei ist es vorgesehen, dass beim Auftreten einer Überlast mittels sogenannter Auslenksicherungen ein Ausweichen der Greif- bzw. Spannelemente durch eine Ausweichbewegung der Rohre erfolgt. Die Auslenksicherungen sind als kraftschlüssig wirkende Rastelemente, insbesondere in Form von federbelasteten Rastkugeln, ausgebildet. Wesentlich dabei ist, dass beim Auftreten einer Last, die unterhalb der Überlast liegt, die Rastkugeln aus ihrem Sitz entgegen der Federkraft aus ihren Führungen um einen Hub herausgedrückt werden. Während dieses Herausdrückens sind die Rohre und somit auch die Greif- bzw. Spannelemente um einen gewissen Winkelbetrag bzw. eine bestimmte Wegstrecke bewegbar, üben jedoch einen relativ großen Widerstand gegen die Last aus. Erst wenn die Last so groß ist, dass die Kugeln vollständig aus ihren Führungen herausragen, erfolgt ein großräumiges Ausweichen der Manipulationseinrichtung. Oftmals ist ein derartiges, begrenztes Ausweichen der Manipulationseinrichtung bei Kräften, die unterhalb der Überlast liegen, jedoch nicht erwünscht.
-
Offenbarung der Erfindung
-
Ausgehend von dem dargestellten Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Schutzeinrichtung für eine Manipulationseinrichtung an einer Handhabungseinrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 derart weiterzubilden, dass beim Überschreiten einer Auslösekraft ein im Wesentlichen sofortiges Ausweichen der Manipulationseinrichtung ermöglicht wird.
-
Diese Aufgabe wird bei einer Schutzeinrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
-
Der Erfindung liegt die Idee zugrunde, die Überlastsicherung mit wenigstens einem Magnetelement zu versehen, das die Manipulationseinrichtung bei Kräften unterhalb der Auslösekraft in einer Sollposition fixiert. In dieser Sollposition ist die Manipulationseinrichtung somit zumindest im Wesentlichen starr angeordnet, so dass bei Kräften unterhalb der Überlast bzw. der Auslösekraft eine besonders gute Führung bzw. Genauigkeit der Bewegung der Manipulationseinrichtung erzielbar ist. Sobald die Auslösekraft an der Manipulationseinrichtung überschritten wird ist die magnetische Kraft des Magnetelements der Überlastsicherung schlagartig überwunden und bewirkt, dass die Manipulationseinrichtung um einen relativ großen Wegbetrag ausweichen kann. Das Erkennen der Überwindung der magnetischen Kraft des Magnetelements ist lediglich von dem Ansprechverhalten der Sensoreinrichtung abhängig, die die Bewegung des mit dem Magnetelement zumindest mittelbar verbundenen Elements erfasst.
-
Vorteilhafte Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Schutzeinrichtung sind in den Unteransprüchen aufgeführt.
-
Um nach Wegfall der die Schutzeinrichtung aktivierenden Auslösekraft ein besonders einfaches Rückführen der Manipulationseinrichtung in ihre ursprüngliche Position zu ermöglichen, bei der wieder ein Betrieb der Manipulationseinrichtung ermöglicht wird, ist es vorgesehen, dass die Überlastsicherung Federmittel aufweist, die die Überlastsicherung entgegen der Richtung der Auslösekraft beaufschlagen. Darüber hinaus lässt sich mit derartigen Federmitteln beispielsweise auch nach dem Auslösen der Schutzeinrichtung die zum Bewegen bzw. Ausweichen der Manipulationseinrichtung benötigte Verstellkraft sehr einfach und genau einstellen bzw. anpassen.
-
In einer konstruktiv bevorzugten Umsetzung des soweit beschriebenen Erfindungsgedankens ist es vorgesehen, dass die Überlastsicherung zwischen einem gehäusefesten Bauteil und einem beweglich angeordneten Bauteil der Handhabungseinrichtung angeordnet ist, und dass das beweglich angeordnete Bauteil die Manipulationseinrichtung trägt.
-
Um eine Möglichkeit des Ausweichens der Manipulationseinrichtung auch ohne Überschreiten der Auslösekraft zu erzielen, wird vorgeschlagen, dass die Manipulationseinrichtung in einer Führung des beweglich angeordneten Bauteils linear verschiebbar angeordnet ist. Solange die Manipulationseinrichtung in der Führung in einer von der Auslösekraft unterschiedlichen Richtung bewegt wird kann somit auch nicht die Schutzeinrichtung ansprechen.
-
Um die Manipulationseinrichtung innerhalb der Führung in einer Sollposition zu positionieren ist es vorgesehen, dass die Manipulationseinrichtung in der Führung durch Schwerkraft gegen einen Anschlag kraftbeaufschlagt ist.
-
Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass das beweglich angeordnete Bauteil mittels mehrerer Führungselemente zu dem gehäusefesten Bauteil ausgerichtet und über die Führungselemente über wenigstens eine Raumachse, vorzugsweise um drei senkrecht zueinander angeordnete Raumachsen, schwenkbar gelagert ist. Derartige Führungselemente können dabei beispielsweise in Form von Kugelbolzen ausgebildet sein, die mit Gegenelementen zusammenwirken und eine Zentrierung des beweglich ausgebildeten bzw. angeordneten Bauteils zum gehäusefesten Bauteil solange ermöglichen, solange die Kugelbolzen noch im Bereich der Führungen angeordnet sind.
-
Um einerseits eine Kraftbeaufschlagung der Führungselemente zu dem ortsfest angeordneten Bauteil zu ermöglichen, und andererseits für alle drei Raumachsen denselben Verstellweg der Manipulationseinrichtung zu ermöglichen, ist es vorgesehen, dass das Federmittel in Form einer Zylinderfeder vorgesehen ist, die zu den mehreren Führungselementen zentrisch angeordnet ist, und dass die Längsachse der Zylinderfeder mit der Richtung der Auslösekraft ausgerichtet ist.
-
Um für den Fall, dass die Manipulationseinrichtung in Bezug auf die wenigstens eine, vorzugsweise drei Raumachsen um einen Winkel ausgelenkt wird, der zu einer potentiellen Gefährdung von Objekten bzw. Personen führt, ist es vorgesehen, dass wenigstens eine mit einer Steuereinrichtung der Handhabungseinrichtung gekoppelte Sensoreinrichtung vorgesehen ist, die beim Überschreiten des Winkels des beweglich angeordneten Bauteils die Handhabungseinrichtung in einen gesicherten Betriebsmodus überführt. Unter einem gesicherten Betriebsmodus wird insbesondere ein Stop des Betriebs der Manipulationseinrichtung verstanden.
-
Weiterhin umfasst die Erfindung auch eine Handhabungseinrichtung, insbesondere einen Handhabungsroboter, mit einer soweit beschriebenen erfindungsgemäßen Schutzeinrichtung. Die Handhabungseinrichtung weist dieselben Vorteile auf, wie sie im Rahmen der Schutzeinrichtung beschrieben wurden.
-
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnung.
-
Diese zeigt in:
-
1 eine stark vereinfachte Darstellung einer Handhabungseinrichtung in Form eines Handhabungsroboters mit einer erfindungsgemäßen Schutzeinrichtung in einer perspektivischen Darstellung,
-
2 eine schematische Darstellung der Schutzeinrichtung, wie sie bei der Handhabungseinrichtung gemäß 1 verwendet wird und
-
3 einen Schnitt in der Ebene III-III der 2.
-
Gleiche Elemente bzw. Elemente mit gleicher Funktion sind in den Figuren mit den gleichen Bezugsziffern versehen.
-
In der 1 ist stark vereinfacht eine Handhabungseinrichtung 100 in Form eines Handhabungsroboters dargestellt. Die Handhabungseinrichtung 100 weist eine ortsfest angeordnete Säule 101 auf, an der ein aus mehreren, in jeweils einer Achse schwenkbar zueinander angeordneten Gliedern 102, 103 bestehender Roboterarm 105 angeordnet ist. Der Roboterarm 105 ist innerhalb der Reichweite der Handhabungseinrichtung 100 freibeweglich angeordnet bzw. dazu ausgebildet, zwischen unterschiedlichen Raumpositionen bewegbar zu sein. Der Roboterarm 105 trägt an seiner der Säule 101 abgewandten Seite eine Manipulationseinrichtung 1 mit zwei, beispielhaft in Richtung der Doppelpfeile 2, 3 beweglich angeordneten Greifelementen 4, 5. Mittels der Greifelemente 4, 5 kann beispielsweise ein Gegenstand an einer ersten Position aufgegriffen bzw. übernommen werden und an einer zweiten Position abgesetzt bzw. übergeben werden. Die soweit beschriebene Handhabungseinrichtung 100 dient insbesondere der automatischen Fertigung von Maschinen oder Bauteilen.
-
Die Handhabungseinrichtung 100 weist im Bereich des Roboterarms 105 im Übergangsbereich zur Manipulationseinrichtung 1 eine beispielhaft in dem Roboterarm 105 integrierte Schutzeinrichtung 10 mit einer Überlastsicherung für die Manipulationseinrichtung 1 auf. Wie insbesondere anhand einer Zusammenschau der 2 und 3 erkennbar ist, umfasst die Schutzeinrichtung 10 zwei gehäusefeste Bauteile 11, 12, zwischen denen sich ein relativ zu den Bauteilen 11, 12 beweglich angeordnetes Bauteil 13 befindet. Das Bauteil 13 ist, wie insbesondere anhand der 3 erkennbar ist, in Form einer dreiecksförmigen Platte ausgebildet und auf der dem gehäusefesten Bauteil 11 zugewandten Seite mittels eines Federelements 14 in Form einer Druckfeder 15 aus der in der 2 dargestellten Position in Richtung des Pfeils 16 zum gehäusefesten Bauteil 11 hin beweglich ausgebildet und in Richtung des Bauteils 12 kraftbeaufschlagt.
-
Auf der dem gehäusefesten Bauteil 12 zugewandten Seite sind an dem Bauteil 13 beispielhaft drei über jeweils ein zylindrisches Zwischenstück 17 angeordnete Kugelbolzen 18 befestigt. Die Kugelbolzen 18 greifen beispielhaft in sacklochförmige oder als Durchgangsbohrungen ausgebildete Ausnehmungen 19 in dem gehäusefesten Bauteil 12 ein. Durch die Federkraft der Druckfeder 15 wird das Bauteil 13 in Richtung des gehäusefesten Bauteils 12 kraftbeaufschlagt, so dass die Kugelbolzen 18 in die Ausnehmungen 19 eingreifen.
-
Zwischen den beiden Bauteilen 12 und 13 ist an dem Bauteil 13 ein Führungselement 21 angeordnet, mittels derer eine in der 1 erkennbare Befestigungsplatte 22, über die die Manipulationseinrichtung 1 an der Schutzeinrichtung 10 bzw. dem Roboterarm 105 befestigt ist, in Richtung des Pfeils 23 aus der in den 1 und 2 gezeigten Stellung in eine angehobene Stellung bewegbar ist. Wesentlich dabei ist, dass durch die Gewichtskraft der Manipulationseinrichtung 1 diese bzw. die Befestigungsplatte 22 an einem gehäusefesten Anschlag 24 anliegt, so dass die Manipulationseinrichtung 1 entgegen der Schwerkraft bzw. der Gewichtskraft der Manipulationseinrichtung 1 beweglich angeordnet ist. Zur Erhöhung der möglichen Beschleunigungen der Befestigungsplatte 22 bzw. der Manipulationseinrichtung 1 ohne Ansprechen der Schutzeinrichtung ist es vorgesehen, dass zusätzlich zum Anschlag 24 ein Magnetelement 27 vorgesehen ist, das mit der Befestigungsplatte 22 zusammenwirkt und eine zusätzliche Kraft in Richtung der Gewichtskraft der Befestigungsplatte 22 erzeugt.
-
Wirken auf die Manipulationseinrichtung 1 Kräfte um die in der 2 gezeigten drei senkrecht zueinander angeordneten Raumachsen x, y und z ein, so ist es durch die Führung des Bauteils 13 über die Kugelbolzen 18 in den Ausnehmungen 24 des Bauteils 12 möglich, dass das Bauteil 13 und somit auch die Manipulationseinrichtung 1 um einen gewissen Winkel in Raumachsen x, y und z schwenkbar ist.
-
Die Befestigungsplatte 22 weist an einem zwischen den beiden Bauteilen 12, 13 angeordneten und aus dem Führungselement 21 herausragenden Abschnitt zwei Bedämpfungselemente 25, 32 als Teil eines Näherungsschalters 26, 40 auf. Die beiden redundant wirkenden Näherungsschalter 26, 40 sind mit einer Steuereinrichtung 50 der Handhabungseinrichtung 100 verbunden bzw. gekoppelt. Die Funktion der beiden Näherungsschalters 26 und 40 ist derart, dass bei einem Schwenken des Bauteils 13 um eine der drei Raumachsen x, y oder z oder aber beim Anheben der Befestigungsplatte 22 entgegen der Schwerkraft ein entsprechendes Signal an die Steuereinrichtung 50 weitergeleitet wird, worauf die Handhabungseinrichtung 100 in einen gesicherten Betrieb übergeht. Der gesicherte Betrieb besteht vorzugsweise darin, dass die Bewegungen der Handhabungseinrichtung 100 gestoppt werden.
-
Weiterhin umfasst die Schutzeinrichtung 10 zwischen den beiden Bauteilen 12 und 13 mehrere, im Ausführungsbeispiel drei an dem Bauteil 13 befestigte Magnetelemente 28, 29 und 30 als Teil der Überlastsicherung, die mit jeweils einem zylindrischen Fortsatz 31 an dem Bauteil 12 zusammenwirken und das Bauteil 13 zum Bauteil 12 in einer (axialen) Sollposition fixieren. Wie insbesondere anhand der 3 erkennbar ist, sind sowohl die drei Zwischenstücke 17 bzw. Kugelbolzen 18 als auch die drei Magnetelemente 28 bis 30 in Bezug zur jeweiligen Winkelhalbierenden 34 bis 36 des Bauteils 13 um jeweils einen Winkel β von 120° versetzt zueinander angeordnet. Darüber hinaus ist anhand der 3 erkennbar, dass die Längsachse 37 der Druckfeder 15 den Schnittpunkt der Winkelhalbierenden 34 bis 36 in etwa zentrisch schneidet.
-
Beim Auftreten einer parallel zur Richtung der Längsachse 37 der Druckfeder 15 wirkenden Auslösekraft A auf die Manipulationseinrichtung 1 bzw. das beweglich angeordnete Bauteil 13, wobei die Auslösekraft A größer ist als die zwischen den Magnetelementen 28 bis 30 und den Fortsätzen 31 wirkenden Kräfte erfolgt eine Aufhebung der Magnetverbindung zwischen den Magnetelementen 28 bis 30 sowie den Fortsätzen 31. Dies wird ebenfalls durch die Näherungsschalter 26, 40 erfasst, so dass die Handhabungseinrichtung 100 in den oben erwähnten gesicherten Betriebsmodus geschaltet wird.
-
Die soweit beschriebene Handhabungseinrichtung 100 bzw. die Schutzeinrichtung 10 kann/können in vielfältiger Art und Weise abgewandelt bzw. modifiziert werden, ohne vom Erfindungsgedanken abzuweichen.
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
