Die Erfindung betrifft eine Kollisionsschutzvorrichtung für einen Roboter, mit einem zur Anbringung an einem Antriebsteil des Roboters ausgebildeten, eine imaginäre Hauptachse aufweisenden ersten Hauptkörper und einem zur Kopplung mit einem Endeffektor des Roboters ausgebildeten zweiten Hauptkörper, wobei der zweite Hauptkörper bezüglich des ersten Hauptkörpers durch über Federmittel verfügende Vorspannmittel nachgiebig in eine Grundstellung vorgespannt ist, aus der er aufgrund einer durch externe Kraft- und/oder Drehmomenteinwirkung auf ihn einwirkenden Auslösekraft entgegen einer Vorspannkraft der Vorspannmittel im Rahmen einer Auslenkbewegung auslenkbar ist, die aus einer einzelnen oder kombinierten Bewegung aus der Gruppe von Bewegungen resultiert, die eine Linearbewegung in der Achsrichtung der Hauptachse, eine Drehbewegung um die Hauptachse und eine Kippbewegung um eine quer zu der Hauptachse verlaufende imaginäre Querachse umfasst, wobei mit den Auslenkbewegungen ein Spannen der Federmittel einhergeht.The invention relates to a collision protection device for a robot, having a first main body designed to be attached to a drive part of the robot and having an imaginary main axis and a second main body designed to be coupled to an end effector of the robot, the second main body being spring means with respect to the first main body disposing pretensioning means is resiliently biased into a basic position, from which it can be deflected against a pretensioning force of the pretensioning means as part of a deflection movement, which results from a single or combined movement from the group of movements, due to a triggering force acting on it by external force and / or torque results, which comprises a linear movement in the axial direction of the main axis, a rotary movement about the main axis and a tilting movement about an imaginary transverse axis running transversely to the main axis, with the deflection movements clamping the Spring means goes hand in hand.
Die Erfindung betrifft ferner einen Roboter, der über ein bewegliches Antriebsteil verfügt und einen unter Zwischenschaltung einer Kollisionsschutzvorrichtung mit dem Antriebsteil verbundenen Endeffektor aufweist. Der Endeffektor ist insbesondere als Greifer ausgebildet.The invention also relates to a robot which has a movable drive part and an end effector connected to the drive part with the interposition of a collision protection device. The end effector is designed in particular as a gripper.
Aus der Produktinformation „Kollisions- und Überlastsensor OPR“ , Seiten 430 bis 432, der Firma Schunk geht ein Kollisions- und Überlastsensor hervor, der zur Schadenvermeidung bei Robotern in Folge von Kollisionen oder Überlastbedingungen vorgesehen ist. Der Kollisions- und Überlastsensor ist während seines Gebrauches zwischen ein Antriebsteil eines Roboters und einen als Greifer ausgebildeten Endeffektor eingeschaltet und hat zwei relativ zueinander bewegliche Hauptkörper, von denen der erste mit dem Antriebsteil und der zweite mit dem Endeffektor verbunden ist, wobei die beiden Hauptkörper durch Vorspannmittel, die aus einer mechanischen Feder bestehen, in eine stabile Grundstellung vorgespannt sind. Die Vorspannkraft der Vorspannmittel ist ausreichend, um während des bestimmungsgemäßen Gebrauches eines Roboters eine quasi starre Verbindung zwischen den beiden Hauptkörpern und somit zwischen dem Endeffektor und dem Antriebsteil des Roboters zu gewährleisten. Bei unbeabsichtigten Kollisionen des Endeffektors mit einem Objekt, aus denen die Vorspannkraft überschreitende Kollisionskräfte resultieren, kann sich der zweite Hauptkörper relativ zum ersten Hauptkörper bewegen und aktiviert einen Sensor, der ein Not-Aus-Signal für die Steuerung des Roboters hervorruft. Bewegt sich der Endeffektor anschließend wieder vom Kollisionsobjekt weg, kehrt der zweite Hauptkörper aufgrund der Federeinrichtung selbsttätig wieder in die bezüglich des ersten Hauptkörpers vorgespannte Grundstellung zurück.The product information "Collision and Overload Sensor OPR", pages 430 to 432, from Schunk shows a collision and overload sensor that is intended to avoid damage to robots as a result of collisions or overload conditions. The collision and overload sensor is connected during its use between a drive part of a robot and an end effector designed as a gripper and has two main bodies movable relative to one another, the first of which is connected to the drive part and the second to the end effector, the two main bodies through Pre-tensioning means, which consist of a mechanical spring, are pre-tensioned into a stable basic position. The pretensioning force of the pretensioning means is sufficient to ensure a quasi-rigid connection between the two main bodies and thus between the end effector and the drive part of the robot during the intended use of a robot. In the event of unintentional collisions of the end effector with an object, resulting in collision forces exceeding the preload force, the second main body can move relative to the first main body and activates a sensor that generates an emergency stop signal for controlling the robot. If the end effector then moves away from the collision object again, the second main body automatically returns to the basic position that is pretensioned with respect to the first main body due to the spring device.
Aus einer zum Thema „Kollisionsschutz“ veröffentlichten dreiseitigen Produktinformation der Faude Automatisierungstechnik GmbH ist ein für kollaborative Greifaufgaben nutzbarer Greifer bekannt, der über einen Kollisionsschutz mit sphärische Lagerung verfügt, die bei Kollision in allen Richtungen nachgiebig ist und den mit dem Greifer ausgestatteten Roboter bei einer Kollision mit einem Kollisionsobjekt sofort anhält. Die relevante Auslösekraft ist stufenlos einstellbar.From a three-page product information published by Faude Automatisierungstechnik GmbH on the subject of "collision protection", a gripper that can be used for collaborative gripping tasks is known that has collision protection with spherical bearings that are flexible in all directions in the event of a collision and the robot equipped with the gripper in the event of a collision stops immediately with a collision object. The relevant release force is infinitely adjustable.
Bei beiden bekannten Systemen kann es nach dem Auslösen der Relativbewegung zwischen den beiden Hauptkörpern aufgrund der Kompression der mechanischen und/oder der pneumatischen Federeinrichtung zu einem weiteren Anstieg der Vorspannkraft kommen, sodass das Kollisionsobjekt einer im Vergleich zur Auslösekraft größeren Gegenkraft ausgesetzt wird. Dies kann insbesondere im Zusammenhang mit einem Kollaborationsroboter, der für eine Menschen-Maschine-Kollaboration ausgelegt ist, zu nicht tolerierbaren Verletzungen an Menschen führen.In both known systems, after the relative movement between the two main bodies has been triggered, the compression of the mechanical and / or pneumatic spring device can lead to a further increase in the pretensioning force, so that the collision object is exposed to a counterforce that is greater than the triggering force. In particular in connection with a collaboration robot that is designed for human-machine collaboration, this can lead to intolerable injuries to people.
Aus der DE 199 25 688 A1 ist eine als Überlast-Schutzeinrichtung bei einem Roboter einsetzbare Kollisionsschutzvorrichtung der eingangs genannten Art bekannt, die einen als Nocken bezeichneten zweiten Hauptkörper aufweist, der durch die Kraft einer Feder und durch in einem Hohlraum befindliche Druckluft relativ zu einem ersten Hauptkörper vorgespannt ist. Bei äußerer Krafteinwirkung kann der zweite Hauptkörper relativ zu dem ersten Hauptkörper eine Auslenkbewegung ausführen, bei der es sich um eine Linearbewegung, eine Drehbewegung, eine Kippbewegung oder um eine daraus kombinierte Bewegung handeln kann. Die Auslenkbewegung führt zu einer Komprimierung der Feder. Während die von einer Linearbewegung oder von einer Drehbewegung gebildete Auslenkbewegung gegen die Kraft der Feder und der Druckluft erfolgt, bewirkt die als Kippbewegung ausgeführte Auslenkbewegung ein Entlüften des Hohlraumes und somit eine Verringerung der Vorspannung des zweiten Hauptkörpers. Dies verstärkt den Grad der Nachgiebigkeit, um Beschädigungen bei Auftreten eines Überlastzustandes noch besser zu vermeiden.From the DE 199 25 688 A1 a collision protection device of the type mentioned above which can be used as an overload protection device in a robot is known, which has a second main body, referred to as a cam, which is pretensioned relative to a first main body by the force of a spring and by compressed air located in a cavity. When an external force is applied, the second main body can execute a deflection movement relative to the first main body, which movement can be a linear movement, a rotary movement, a tilting movement or a movement combined therefrom. The deflection movement leads to a compression of the spring. While the deflection movement formed by a linear movement or a rotary movement takes place against the force of the spring and the compressed air, the deflection movement executed as a tilting movement causes a venting of the cavity and thus a reduction in the preload of the second main body. This increases the degree of resilience in order to better avoid damage in the event of an overload condition.
Aus der US 5 964 124 A ist eine Überlast-Schutzeinrichtung für Roboter bekannt, die zwischen einen Roboterarm und ein Werkzeug eingefügt werden kann. Sie hat zwei relativ zueinander bewegliche Hauptkörper, von denen der eine mit dem Roboterarm und der andere mit dem Werkzeug verbunden ist. Die beiden Hauptkörper sind durch eine Feder und durch den in einem Innenraum herrschenden Fluiddruck gegeneinander vorgespannt. Wenn die beiden Hauptkörper aufgrund einer Überlastung des Werkzeuges relativ zueinander bewegt werden, sinkt der Fluiddruck, was durch eine pneumatische Steuereinrichtung detektiert wird.From the U.S. 5,964,124 A an overload protection device for robots is known which can be inserted between a robot arm and a tool. It has two main bodies movable relative to one another, one of which is connected to the robot arm and the other to the tool. The two main bodies are biased against one another by a spring and by the fluid pressure prevailing in an interior. If the two main bodies are moved relative to one another due to an overload of the tool, the fluid pressure drops, which is detected by a pneumatic control device.
Die US 5 086 901 A offenbart eine Überlast-Detektionsvorrichtung, die zwischen einen Roboterarm und ein Werkzeug eingebaut wird. Sie hat zwei relativ zueinander bewegliche Hauptkörper, die durch eine Feder gegeneinander verspannt sind und gemeinsam eine mit einem Innendruck beaufschlagte Kammer begrenzen. Im Falle einer durch eine Überlastung des Werkzeuges hervorgerufenen Relativbewegung zwischen den beiden Hauptkörpern wird die Kammer entlüftet, wobei der Druckabfall durch einen Drucksensor erfasst wird.The U.S. 5 086 901 A discloses an overload detection device that is installed between a robot arm and a tool. It has two main bodies which are movable relative to one another and which are braced against one another by a spring and which together delimit a chamber to which an internal pressure is applied. In the event of a relative movement between the two main bodies caused by overloading the tool, the chamber is vented, the pressure drop being detected by a pressure sensor.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, Maßnahmen zu treffen, die bei einer Mensch-Maschine-Kollaboration eine Reduzierung des Verletzungsrisikos für den Menschen bewirken.The invention is based on the object of taking measures which, in the case of human-machine collaboration, reduce the risk of injury to humans.
Zur Lösung dieser Aufgabe ist bei einer Kollisionsschutzvorrichtung der eingangs genannten Art vorgesehen, dass die Vorspannmittel zusätzlich zu den Federmitteln über Unterdruckmittel verfügen, die einen Unterdruck hervorrufen, aus dem eine mit der Wirkrichtung der Federmittel gleichgerichtete Unterdruckkraft resultiert und denen eine Auslöseeinrichtung zugeordnet ist, durch die bei jeder Auslenkbewegung des zweiten Hauptkörpers ein Aufheben des Unterdruckes hervorrufbar ist.To solve this problem, it is provided in a collision protection device of the type mentioned that the pretensioning means, in addition to the spring means, have negative pressure means which cause a negative pressure, from which a negative pressure force results in the same direction as the effective direction of the spring means and to which a triggering device is assigned through which with each deflection movement of the second main body, a release of the negative pressure can be brought about.
Die Aufgabe wird ferner mittels eines Roboters gelöst, der eine in dem vorgenannten Sinne ausgebildete Kollisionsschutzvorrichtung aufweist, wobei das Antriebsteil an dem ersten Hauptkörper und der Endeffektor an dem zweiten Hauptkörper der Kollisionsschutzvorrichtung angeordnet ist.The object is also achieved by means of a robot which has a collision protection device designed in the aforementioned sense, the drive part being arranged on the first main body and the end effector being arranged on the second main body of the collision protection device.
Auf diese Weise wird die den zweiten Hauptkörper in die Grundstellung vorspannende Vorspannkraft in kombinierter Weise durch Federmittel und durch zusätzlich zu den Federmitteln vorhandene Unterdruckmittel erzeugt. Die Unterdruckmittel rufen einen Unterdruck hervor, aus dem eine Unterdruckkraft resultiert, die die gleiche Wirkrichtung wie die Federmittel hat, sodass sich die Vorspannkraft aus einer Federkraft und aus einer hierzu parallel wirksamen Unterdruckkraft zusammensetzt. Der erste Hauptkörper weist eine imaginäre Hauptachse auf, wobei der zweite Hauptkörper relativ zu dem zweiten Hauptkörper im Rahmen einer Auslenkbewegung aus der Grundstellung auslenkbar ist, wobei es sich bei der Auslenkbewegung um eine einzelne oder um eine kombinierte Bewegung aus einer Gruppe von Bewegungen handelt, die eine Linearbewegung in der Achsrichtung der Hauptachse, eine Drehbewegung um die Hauptachse und eine Kippbewegung um eine quer zu der Hauptachse verlaufende imaginäre Querachse umfasst. Mit der Auslenkbewegung geht eine ein Spannen der Federmittel hervorrufende Bewegung des zweiten Hauptkörpers in der Achsrichtung der Hauptachse einher. Den Unterdruckmitteln ist eine Auslöseeinrichtung zugeordnet, die in der Lage ist, den Unterdruck aufzuheben, wenn der zweite Hauptkörper aufgrund einer auf ihn einwirkenden, insbesondere aus der Kollision mit einem Menschen resultierenden Auslösekraft, die aus einer externe Kraft- und/oder Drehmomenteinwirkung resultiert, unter Ausführung einer Auslenkbewegung aus der Grundstellung ausgelenkt wird. Die Höhe der das Auslenken des zweiten Hauptkörpers aus der Grundstellung bewirkende Auslösekraft wird maßgeblich von der Summe aus der Federkraft und der Unterdruckkraft bestimmt. Das durch die Auferlegung einer Auslösekraft hervorgerufene Aktivieren der Auslöseeinrichtung kann ein insbesondere schlagartiges Aufheben des Unterdruckes hervorrufen, sodass fortan die wirksame Vorspannkraft nur noch durch die Federkraft der nach wie vor wirksamen Federmittel bereitgestellt wird. Diese ist insbesondere so gering eingestellt oder einstellbar, dass die Auslenkung des zweiten Hauptkörpers trotz des damit einhergehenden Spannens der Federmittel keine Federkraft hervorrufen kann, die die Auslösekraft übersteigt. Dadurch können beim Betrieb eines mit der Kollisionsschutzvorrichtung ausgestatteten Roboters die vorgegebenen Grenzwerte für Kräfte und Drücke für die verschiedenen Körperbereiche zuverlässig eingehalten werden. Bei einem Roboter kann die Kollisionsschutzvorrichtung insbesondere als eine nachgiebige Handachse zwischen einem Roboterarm und dem insbesondere von einem Greifer gebildeten Endeffektor eingesetzt werden. Wenn die vorgegebene Auslösekraft erreicht oder überschritten wird, gibt die Handachse nach und begrenzt somit die Belastung des Menschen.In this way, the prestressing force which prestresses the second main body into the basic position is generated in a combined manner by spring means and by vacuum means present in addition to the spring means. The negative pressure means produce a negative pressure, from which a negative pressure force results which has the same effective direction as the spring means, so that the pretensioning force is composed of a spring force and a negative pressure force acting parallel thereto. The first main body has an imaginary main axis, the second main body being deflectable relative to the second main body in the course of a deflection movement from the basic position, the deflection movement being a single movement or a combined movement from a group of movements which comprises a linear movement in the axial direction of the main axis, a rotary movement about the main axis and a tilting movement about an imaginary transverse axis running transversely to the main axis. The deflection movement is accompanied by a movement of the second main body in the axial direction of the main axis which causes the spring means to be tensioned. A triggering device is assigned to the negative pressure means, which is able to cancel the negative pressure when the second main body falls due to a triggering force acting on it, in particular from the collision with a person, which results from an external force and / or torque effect Execution of a deflection movement is deflected from the basic position. The level of the triggering force causing the deflection of the second main body from the basic position is largely determined by the sum of the spring force and the negative pressure force. The activation of the triggering device caused by the application of a triggering force can in particular cause the negative pressure to be abruptly lifted, so that from now on the effective pretensioning force is only provided by the spring force of the spring means that are still effective. In particular, this is set or adjustable so that the deflection of the second main body cannot cause any spring force which exceeds the triggering force, despite the associated tensioning of the spring means. As a result, when a robot equipped with the collision protection device is operated, the predetermined limit values for forces and pressures for the various body areas can be reliably observed. In the case of a robot, the collision protection device can in particular be used as a flexible hand axis between a robot arm and the end effector, in particular formed by a gripper. If the specified release force is reached or exceeded, the hand axis gives way and thus limits the load on the person.
Mit dem verwendeten Begriff „Roboter“ sind nicht nur Roboter im engeren Sinne gemeint, sondern jegliche maschinellen Handhabungssysteme, die ausgebildet sind, um durch maschinellen, beispielweise elektrischen und/oder pneumatischen Antrieb einen wie auch immer gearteten Endeffektor, insbesondere einen Greifer, zu bewegen und zu positionieren.The term “robot” used does not only mean robots in the narrower sense, but any machine handling systems that are designed to move an end effector of any kind, in particular a gripper, by machine, for example electrical and / or pneumatic drive to position.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen hervor.Advantageous further developments of the invention emerge from the subclaims.
Bevorzugt ist die Auslöseeinrichtung gemeinsam von dem ersten Hauptkörper und dem zweiten Hauptkörper gebildet. Somit kann auf zusätzlich zu den beiden Hauptkörpern vorhandene Auslösekomponenten verzichtet werden, was die Herstellungskosten gering hält und der Zuverlässigkeit zu Gute kommt.The triggering device is preferably formed jointly by the first main body and the second main body. This means that triggering components that are present in addition to the two main bodies can be dispensed with, which keeps manufacturing costs low and improves reliability.
Die Federmittel können prinzipiell eine durch ein eingeschlossenes Luftvolumen gebildete Luftfeder enthalten oder von einer solchen gebildet sein. Bevorzugt wird allerdings eine Ausgestaltung der Federmittel als eine ausschließlich mechanische Federeinrichtung und dabei insbesondere als eine Druckfedereinrichtung. Die mechanische Federeinrichtung enthält bevorzugt mindestens eine Schraubenfeder.The spring means can in principle contain an air spring formed by an enclosed volume of air or be formed by such a spring. However, an embodiment of the spring means is preferred as an exclusively mechanical spring device and in particular as a compression spring device. The mechanical spring device preferably contains at least one helical spring.
Zweckmäßigerweise enthalten die Unterdruckmittel als einen wesentlichen Bestandteil eine Unterdruckkammer, die mit dem die Unterdruckkraft hervorrufenden Unterdruck beaufschlagbar ist. Die Unterdruckkammer ist bevorzugt zwischen den beiden Hauptkörpern eingegliedert und insbesondere im Inneren des ersten Hauptkörpers ausgebildet. Die Auslöseeinrichtung ist so ausgebildet, dass sie die Unterdruckkammer zur Belüftung und damit einhergehenden Aufhebung des Unterdruckes mit der Atmosphäre verbindet, wenn der zweite Hauptkörper aus der Grundstellung ausgelenkt wird.The negative pressure means expediently contain, as an essential component, a negative pressure chamber to which the negative pressure causing the negative pressure force can be applied. The vacuum chamber is preferably incorporated between the two main bodies and, in particular, is formed in the interior of the first main body. The triggering device is designed in such a way that it connects the negative pressure chamber for ventilation and the associated cancellation of the negative pressure with the atmosphere when the second main body is deflected from the basic position.
Die Auslöseeinrichtung enthält bevorzugt ein Verschlusselement, das in der Grundstellung des zweiten Hauptkörpers durch die Vorspannkraft der Vorspannmittel in eine Schließstellung vorgespannt ist, in der es eine mit der Atmosphäre kommunizierende Belüftungsöffnung verschließt. Wird der zweite Hauptkörper durch die auf ihn einwirkende Auslösekraft aus der Grundstellung ausgelenkt, führt dies gleichzeitig dazu, dass das Verschlusselement in eine die Belüftungsöffnung freigebende und dadurch die Unterdruckkammer durch die Belüftungsöffnung hindurch mit der Atmosphäre verbindende Unterdruckaufhebungsstellung bewegt wird.The release device preferably contains a closure element which, in the basic position of the second main body, is prestressed by the prestressing force of the prestressing means into a closed position in which it closes a ventilation opening communicating with the atmosphere. If the second main body is deflected from the basic position by the triggering force acting on it, this simultaneously leads to the closure element being moved into a negative pressure release position which releases the ventilation opening and thereby connects the vacuum chamber to the atmosphere through the ventilation opening.
Bevorzugt ist das Verschlusselement unmittelbar von einem Abschnitt des zweiten Hauptkörpers gebildet, sodass es dessen Relativbewegung bezüglich des ersten Hauptkörpers direkt mitmacht. Beispielsweise ist das Verschlusselement platten- oder scheibenförmig ausgebildet und arbeitet insbesondere nach Art eines Verschlussdeckels.The closure element is preferably formed directly by a section of the second main body, so that it directly participates in its relative movement with respect to the first main body. For example, the closure element is designed in the form of a plate or disk and works in particular in the manner of a closure cover.
Die Unterdruckkammer ist bevorzugt im Innern des ersten Hauptkörpers ausgebildet, wobei bevorzugt auch die Belüftungsöffnung durch den ersten Hauptkörper definiert ist.The vacuum chamber is preferably formed in the interior of the first main body, the ventilation opening preferably also being defined by the first main body.
Bei einer bevorzugten Ausgestaltung ist die Unterdruckkammer von einem beweglichen Wandelement begrenzt, das bezüglich des ersten Hauptkörpers beweglich ist und das durch die Federmittel beaufschlagt ist. Der zweite Hauptkörper ist bezüglich des beweglichen Wandelementes bevorzugt ebenfalls separat ausgebildet. Er ist so angeordnet, dass er sich derart an dem beweglichen Wandelement abstützt, dass seine durch eine Auslösekraft hervorgerufene Auslenkung aus der Grundstellung eine gleichzeitige Bewegung des beweglichen Wandelementes hervorruft, die zweckmäßigerweise mit einem Spannen der Federmittel einhergeht. Der zweite Hauptkörper liegt insbesondere nur lose an dem beweglichen Wandelement an, was die relative Beweglichkeit zwischen dem zweiten Hauptkörper und dem beweglichen Wandelement begünstigt und außerdem die Herstellung und Montage der Kollisionsschutzvorrichtung vereinfacht.In a preferred embodiment, the vacuum chamber is delimited by a movable wall element which is movable with respect to the first main body and which is acted upon by the spring means. The second main body is preferably also formed separately with respect to the movable wall element. It is arranged in such a way that it is supported on the movable wall element in such a way that its deflection from the basic position caused by a release force causes a simultaneous movement of the movable wall element, which is expediently accompanied by tensioning of the spring means. In particular, the second main body rests only loosely on the movable wall element, which promotes the relative mobility between the second main body and the movable wall element and also simplifies the manufacture and assembly of the collision protection device.
Bei dem beweglichen Wandelement handelt es sich zweckmäßigerweise um ein im ersten Hauptkörper linear gleitverschieblich angeordnetes und bezüglich des ersten Hauptkörpers abgedichtetes Kolbenelement. Alternativ könnte als bewegliches Wandelement auch ein zumindest partiell elastisch verformbares Membranelement vorgesehen sein.The movable wall element is expediently a piston element arranged in the first main body so as to be linearly slidable and sealed with respect to the first main body. Alternatively, an at least partially elastically deformable membrane element could also be provided as the movable wall element.
Durch das bewegliche Wandelement wird zweckmäßigerweise ein Innenraum des ersten Hauptkörpers abgedichtet in einerseits die Unterdruckkammer und andererseits eine die Federmittel aufnehmende Federaufnahmekammer unterteilt. Während die Unterdruckkammer im Betrieb der Kollisionsschutzvorrichtung mit einem Unterdruck beaufschlagt ist, ist die Federaufnahmekammer zweckmäßigerweise ständig mit der Atmosphäre verbunden. Es ist alternativ möglich, die Federaufnahmekammer zur Atmosphäre hin hermetisch abzudichten, um eine Luftfederfunktion herbeizuführen.The movable wall element expediently divides an interior of the first main body in a sealed manner into, on the one hand, the vacuum chamber and, on the other hand, a spring receiving chamber receiving the spring means. While the negative pressure chamber is subjected to negative pressure when the collision protection device is in operation, the spring receiving chamber is expediently continuously connected to the atmosphere. Alternatively, it is possible to hermetically seal the spring receiving chamber from the atmosphere in order to bring about an air spring function.
Zu den Unterdruckmitteln gehört zweckmäßigerweise eine mit der Unterdruckkammer kommunizierende Absaugöffnung, an die eine den Unterdruck bereitstellende Unterdruckquelle angeschlossen oder anschließbar ist. Bei der Unterdruckquelle handelt es sich bevorzugt um eine mit Druckluft betreibbare, nach dem Strahldüsenprinzip arbeitende Ejektoreinrichtung. Als Unterdruckquelle wäre beispielsweise aber auch eine Vakuumpumpe einsetzbar.The vacuum means expediently includes a suction opening which communicates with the vacuum chamber and to which a vacuum source providing the vacuum is connected or can be connected. The negative pressure source is preferably an ejector device that can be operated with compressed air and works according to the jet nozzle principle. A vacuum pump, for example, could also be used as the vacuum source.
Die Kollisionsschutzvorrichtung bietet bevorzugt die Möglichkeit, die Höhe des Unterdruckes zur Anpassung der ein Auslenken des zweiten Hauptkörpers aus der Grundstellung hervorrufenden Auslösekraft variabel vorgeben zu können. Beispielsweise besteht die Möglichkeit; den Unterdruck mittels einer Drucksensoreinrichtung zu überwachen und eine für die Bereitstellung des Unterdruckes verantwortliche Unterdruckquelle druckabhängig zu aktivieren und zu deaktivieren. Abhängig von der eingestellten Schaltschwelle kann auf diese Weise das Niveau des Unterdruckes auf einen gewünschten Unterdruckwert eingestellt oder eingeregelt werden.The collision protection device preferably offers the possibility of being able to variably predefine the level of the negative pressure in order to adapt the triggering force causing the deflection of the second main body from the basic position. For example, there is the possibility; to monitor the negative pressure by means of a pressure sensor device and to activate and deactivate a negative pressure source responsible for providing the negative pressure as a function of pressure. Depending on the set switching threshold, the level of the negative pressure can be set or regulated to a desired negative pressure value in this way.
Mittels einer den Unterdruck überwachenden Drucksensoreinrichtung kann zusätzlich oder alternativ in vorteilhafter Weise ein elektrisches Detektionssignal hervorgerufen werden, wenn ein durch Aktivieren der Auslöseeinrichtung hervorgerufener Unterdruckabfall detektiert wird. Mit Hilfe dieses Detektionssignals wird dann beispielsweise ein mit der Kollisionsschutzvorrichtung ausgestatteter Roboter gestoppt oder der Endeffektor in eine sichere Ausgangslage zurückbewegt, sodass er sich von einem Kollisionsobjekt entfernt.By means of a pressure sensor device that monitors the negative pressure, an electrical detection signal can additionally or alternatively advantageously be generated if a signal is generated by activating the triggering device Vacuum drop is detected. With the help of this detection signal, for example, a robot equipped with the collision protection device is stopped or the end effector is moved back to a safe starting position so that it moves away from a collision object.
Die Federmittel sind bevorzugt so ausgebildet, dass ihre Federkraft in jeder aus der Grundstellung ausgelenkten Auslösestellung des zweiten Hauptkörpers kleiner ist als die zum Auslenken des zweiten Hauptkörpers aus der Grundstellung erforderliche Auslösekraft. Dies bietet auf besonders einfache Weise die eingangs schon erwähnte Sicherheit, dass die nach dem Auslösen der Auslöseeinrichtung auf den zweiten Hauptkörper wirkende Vorspannkraft niemals die Auslösekraft überschreitet. Bevorzugt wird der Hauptanteil der Vorspannkraft durch die Unterdruckkraft aufgebracht, sodass sich die Federkraft der Federmittel im Wesentlichen darauf beschränken kann, den zweiten Hauptkörper nach Beseitigung eines Kollisionsvorganges selbsttätig wieder in die Grundstellung zurückzubewegen.The spring means are preferably designed such that their spring force in each release position of the second main body deflected from the basic position is smaller than the release force required to deflect the second main body from the basic position. This offers in a particularly simple manner the security already mentioned at the beginning that the pretensioning force acting on the second main body after the release of the release device never exceeds the release force. Preferably, the main part of the pre-tensioning force is applied by the negative pressure force, so that the spring force of the spring means can essentially be limited to automatically moving the second main body back into the basic position after a collision process has been eliminated.
Vorzugsweise ist der zweite Hauptkörper durch Führungsmittel derart bezüglich zumindest des ersten Hauptkörpers abstützbar oder abgestützt, dass aus jeder bezüglich des ersten Hauptkörpers ausgeführten Drehbewegung des zweiten Hauptkörpers und aus jeder bezüglich des ersten Hauptkörpers stattfindenden Kippbewegung des zweiten Hauptkörpers auch eine Verlage rung des zweiten Hauptkörpers in der Achsrichtung der Hauptachse resultiert, die zu einer Unterdruckaufhebung führt.Preferably, the second main body can be supported or supported with respect to at least the first main body by guide means in such a way that every rotational movement of the second main body carried out with respect to the first main body and every tilting movement of the second main body with respect to the first main body also results in a displacement of the second main body in the Axial direction of the main axis results, which leads to a vacuum cancellation.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand der beiliegenden Zeichnung näher erläutert. In dieser zeigen:
- 1 in einer isometrischen Darstellung eine bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Kollisionsschutzvorrichtung im in einem Roboter integrierten Zustand, der nur ausschnittsweise abgebildet ist und der einen Greifer als Endeffektor aufweist,
- 2 die Anordnung aus 1 aus einem anderen Blickwinkel,
- 3 die aus 1 und 2 ersichtliche Kollisionsschutzvorrichtung in einer Einzeldarstellung als Explosionsdarstellung,
- 4 eine isometrische Einzeldarstellung der Kollisionsschutzvorrichtung in einem exzentrischen Längsschnitt,
- 5 einen Längsschnitt der Kollisionsschutzvorrichtung in der Grundstellung des zweiten Hauptkörpers und bei somit deaktivierter Auslöseeinrichtung, wobei eine Unterdruckquelle und eine elektronische Steuereinrichtung ergänzend schematisch angedeutet sind,
- 6 die Kollisionsschutzvorrichtung bei in Folge einer linearen Bewegung des zweiten Hauptkörpers aktivierter Auslöseeinrichtung,
- 7 einen weiteren Längsschnitt der Kollisionsschutzvorrichtung in einem aktivierten Zustand der Auslöseeinrichtung, die durch eine überlagerte Drehbewegung und Linearbewegung des zweiten Hauptköpers hervorgerufen ist, und
- 8 einen weiteren Längsschnitt der Kollisionsschutzvorrichtung, wobei die Auslöseeinrichtung in einem aktivierten Zustand gezeigt ist, der aus einer Kippbewegung des zweiten Hauptkörpers um eine Querachse resultiert.
The invention is explained in more detail below with reference to the accompanying drawing. In this show: - 1 in an isometric representation a preferred embodiment of the collision protection device according to the invention in the state integrated in a robot, which is only shown in part and which has a gripper as an end effector,
- 2 the arrangement 1 from a different point of view,
- 3 from 1 and 2 visible collision protection device in an individual representation as an exploded view,
- 4th an isometric individual representation of the collision protection device in an eccentric longitudinal section,
- 5 a longitudinal section of the collision protection device in the basic position of the second main body and with the triggering device thus deactivated, a vacuum source and an electronic control device being additionally indicated schematically,
- 6th the collision protection device when the triggering device is activated as a result of a linear movement of the second main body,
- 7th a further longitudinal section of the collision protection device in an activated state of the triggering device, which is caused by a superimposed rotary movement and linear movement of the second main body, and
- 8th a further longitudinal section of the collision protection device, the triggering device being shown in an activated state resulting from a tilting movement of the second main body about a transverse axis.
Aus der Zeichnung ist eine Kollisionsschutzvorrichtung 1 ersichtlich, die zur Integration in einen Roboter 2 vorgesehen ist, von dem in den 1 und 2 ein Antriebsteil 3 und ein Endeffektor 4 ersichtlich sind.From the drawing is a collision protection device 1 can be seen for integration in a robot 2 is provided by the one in the 1 and 2 a drive part 3 and an end effector 4th can be seen.
Das Antriebsteil 3 ist mittels einer nicht weiter illustrierten, beispielsweise elektrischen oder pneumatischen Aktuatoreinrichtung des Roboters 2 bewegbar, um den daran befestigten Endeffektor 4 anwendungsspezifisch zu verlagern und zu positionieren.The drive part 3 is by means of a not further illustrated, for example electrical or pneumatic actuator device of the robot 2 movable to the attached end effector 4th to relocate and position according to the application.
Der illustrierte Endeffektor 4 ist als ein Greifer 4a ausgebildet, der mittels Fluidkraft und insbesondere pneumatisch betätigbar ist, um ein handzuhabendes Objekt zu ergreifen und bei Bedarf wieder loszulassen. Der Greifer 4a hat mehrere und beispielsweise zwei bewegliche Greifbacken 9, die relativ zueinander beweglich sind, um ein Objekt festzuhalten oder loszulassen. Bei einem nicht illustrierten Ausführungsbeispiel ist der Greifer 4a von einer elektrisch und insbesondere elektromotorisch betätigbaren Bauart. Der Greifer 4a kann beispielsweise auch ein Vakuumgreifer sein.The illustrated end effector 4th is as a gripper 4a designed, which can be actuated by means of fluid power and in particular pneumatically, in order to grasp an object to be handled and, if necessary, to release it again. The gripper 4a has several and, for example, two movable gripping jaws 9 that are movable relative to each other to hold or release an object. In a non-illustrated embodiment, the gripper is 4a of a type that can be operated electrically and in particular by an electric motor. The gripper 4a can also be a vacuum gripper, for example.
Die Kollisionsschutzvorrichtung 1 ist als Bindeglied zwischen das Antriebsteil 3 und den Endeffektor 4 eingegliedert. Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel übernimmt sie insbesondere die Funktion einer sogenannten Handachse.The collision protection device 1 acts as a link between the drive part 3 and the end effector 4th incorporated. In the exemplary embodiment shown, it particularly takes on the function of a so-called hand axis.
Der grundsätzliche Aufbau des Roboters 2 ist beliebig. Der Begriff „Roboter“ ist breit auszulegen und umfasst auch einfache Handhabungssysteme, bei denen beispielsweise mittels einer einfachen rotativen Bewegung Gegenstände zwischen unterschiedlichen Positionen verlagerbar sind. Der Roboter 2 kann aber auch ein komplexes mehrachsiges Manipulatorsystem sein.The basic structure of the robot 2 is arbitrary. The term “robot” is to be interpreted broadly and also includes simple handling systems in which, for example, objects can be displaced between different positions by means of a simple rotary movement. The robot 2 but can also be a complex multi-axis manipulator system.
Die Kollisionsschutzvorrichtung 1 hat einen ersten Hauptkörper 5 und einen diesbezüglich beweglichen zweiten Hauptkörper 6. Der erste Hauptkörper 5 ist an dem Antriebsteil 3 befestigt und hat eine hierzu nutzbare erste Befestigungsschnittstelle 7. Der zweite Hauptkörper 6 ist zur Bestückung mit dem Endeffektor 4 ausgelegt und hat eine die Befestigung des Endeffektors 4 ermöglichende zweite Befestigungsschnittstelle 8.The collision protection device 1 has a first main body 5 and a second main body movable in relation thereto 6th . The first Main body 5 is on the drive part 3 attached and has a first attachment interface that can be used for this purpose 7th . The second main body 6th is to be equipped with the end effector 4th designed and has the attachment of the end effector 4th enabling second attachment interface 8th .
Die beiden Befestigungsschnittstellen 7, 8 sind zweckmäßigerweise zur Schraubverbindung ausgebildet. Mindestens einer der beiden Hauptkörper 5, 6 kann auch unlösbar fest mit dem zugeordneten ersten oder zweiten Hauptkörper 5, 6 verbunden sein.The two mounting interfaces 7th , 8th are expediently designed for screw connections. At least one of the two main bodies 5 , 6th can also be permanently fixed to the associated first or second main body 5 , 6th be connected.
Die Kollisionsschutzvorrichtung 1 ist mit Vorspannmitteln 12 ausgestattet, durch die der zweite Hauptkörper 6 relativ zum ersten Hauptkörper 5 in nachgiebiger Weise in eine aus 5 ersichtliche Grundstellung vorgespannt ist. Die Vorspannmittel 12 sind in der Lage, eine durch einen Pfeil angedeutete Vorspannkraft FV auf den zweiten Hauptkörper 6 auszuüben, mit dem der zweite Hauptkörper 6 in die Grundstellung vorgespannt ist.The collision protection device 1 is with pretensioning means 12th equipped through which the second main body 6th relative to the first main body 5 in a yielding way into one out 5 apparent basic position is biased. The pretensioning means 12th are able to apply a pretensioning force indicated by an arrow FV on the second main body 6th exercise with that of the second main body 6th is pretensioned in the basic position.
Die Vorspannmittel 12 enthalten zum einen Federmittel 13 und zum anderen zusätzlich zu den Federmitteln 13 vorhandene Unterdruckmittel 14.The pretensioning means 12th contain spring means on the one hand 13th and on the other hand in addition to the spring means 13th existing vacuum means 14th .
Die Vorspannkraft FV setzt sich aus einer durch die Federmittel 13 erzeugten Federkraft FF unter einer durch die Unterdruckmittel 14 erzeugten Unterdruckkraft FU zusammen. Die Wirkrichtungen der Federkraft FF und der Unterdruckkraft FU sind gleich.The preload FV is made up of one by the spring means 13th generated spring force FF under one by the negative pressure means 14th generated vacuum force FU together. The directions of action of the spring force FF and the vacuum force FU are the same.
Im Normalbetrieb der Kollisionsschutzvorrichtung 1, die dann vorliegt, wenn der Endeffektor 4 keiner eine vorgegebene Auslösekraft überschreitenden Kollision mit einem Fremdobjekt ausgesetzt ist, beispielsweise mit einem menschlichen Körperteil, nimmt der erste Hauptkörper 5 die Grundstellung ein, in der er durch die Vorspannkraft FV gehalten ist, die sich aus der Summe der Federkraft FF und der Unterdruckkraft FU und eventuell auftretenden Reibungskräften zusammensetzt. Dabei wird der zweite Hauptkörper 6 in eine sich am ersten Hauptkörper 5 abstützenden Position gedrückt.During normal operation of the collision protection device 1 that is present when the end effector 4th the first main body is not exposed to a collision with a foreign object that exceeds a predetermined release force, for example with a human body part 5 the basic position in which it is due to the pretensioning force FV is held, resulting from the sum of the spring force FF and the vacuum force FU and any frictional forces that may occur. This becomes the second main body 6th into one on the first main body 5 supported position.
Zu der Kollisionsschutzvorrichtung 1 gehört auch eine den Unterdruckmitteln 14 zugeordnete Auslöseeinrichtung 15. Sie ist derart ausgebildet, dass sie den für die Unterdruckkraft FU verantwortlichen Unterdruck aufhebt, wenn der zweite Hauptkörper 6 relativ zum ersten Hauptkörper 5 aufgrund einer auf ihn einwirkenden Auslösekraft FA unter Ausführung einer durch einen Pfeil angedeuteten Auslenkbewegung 16 aus der Grundstellung ausgelenkt wird. Die Auslösekraft FA muss dementsprechend größer sein als die Vorspannkraft FV. Die Auslösekraft FA ist das Resultat einer externen Krafteinwirkung und/oder Drehmomenteinwirkung.To the collision protection device 1 also belongs to the negative pressure means 14th assigned release device 15th . It is designed in such a way that it is the one for the vacuum force FU cancels responsible negative pressure when the second main body 6th relative to the first main body 5 due to a release force acting on it FA with execution of a deflection movement indicated by an arrow 16 is deflected from the basic position. The trigger force FA must therefore be greater than the pre-tensioning force FV . The trigger force FA is the result of an external force and / or torque.
Durch die Auslenkbewegung 16 wird die Auslöseeinrichtung 15 von einem aus 5 ersichtlichen deaktivierten Zustand in einen aus 6 bis 8 beispielhaft ersichtlichen aktivierten Zustand übergeführt. Der aktivierte Zustand zeichnet sich durch den entfernten Unterdruck und den daraus resultierenden Entfall der Unterdruckkraft FU aus. In jeder aus der Grundstellung ausgelenkten Stellung des zweiten Hauptkörpers 6 wirkt der möglicherweise nach wie vor anstehenden Auslösekraft FA nur noch die Federkraft FF und eine eventuelle Reibungskraft als Vorspannkraft FV entgegen. Die Vorspannkraft FV ist also im aktivierten Zustand der Auslöseeinrichtung 15 geringer als im deaktivierten Zustand der Auslöseeinrichtung 15.By the deflection movement 16 becomes the release mechanism 15th from one out 5 apparent deactivated state in an off 6th to 8th exemplified activated state transferred. The activated state is characterized by the removed negative pressure and the resulting elimination of the negative pressure force FU out. In each position of the second main body deflected from the basic position 6th acts of the possibly still pending release force FA only the spring force FF and a possible frictional force as a pretensioning force FV opposite. The preload FV is therefore in the activated state of the release mechanism 15th less than when the release mechanism is deactivated 15th .
Somit ist sichergestellt, dass der zweite Hauptkörper 6 nach einem Auslenken aus seiner Grundstellung keiner Reaktionskraft ausgesetzt wird, die die Auslösekraft FA überschreitet. Durch eine entsprechende Auslegung der erzielbaren Kräfte wird das System bevorzugt so justiert, dass die Federkraft FF kleiner ist als die Unterdruckkraft FU, sodass die Vorspannkraft FV nach Aktivierung der Auslöseeinrichtung 15 erheblich verringert ist.This ensures that the second main body 6th after a deflection from its basic position, no reaction force is exposed to the triggering force FA exceeds. By appropriately designing the achievable forces, the system is preferably adjusted so that the spring force FF is smaller than the vacuum force FU so that the preload force FV after activation of the release mechanism 15th is significantly reduced.
Im Folgenden soll anhand der Zeichnung eine besonders vorteilhafte Ausführungsform der Kollisionsschutzvorrichtung 1 beschrieben werden.In the following, a particularly advantageous embodiment of the collision protection device will be based on the drawing 1 to be discribed.
Der mit einem Antriebsteil 3 eines Roboters 2 zu verbindende oder verbundene erste Hauptkörper 5 hat eine imaginäre Hauptachse 17. Sie hat eine lineare Erstreckung und definiert bevorzugt die zentrale Längsachse des ersten Hauptkörpers 5.The one with a drive part 3 of a robot 2 first main bodies to be connected or connected 5 has an imaginary main axis 17th . It has a linear extension and preferably defines the central longitudinal axis of the first main body 5 .
Der zweite Hauptkörper 6 nimmt im deaktivierten Zustand der Auslöseeinrichtung 15 eine koaxiale Ausrichtung bezüglich der Hauptachse 17 ein. Seine Längsachse 11 fällt dabei zweckmäßigerweise mit der Hauptachse 17 zusammen. Er erstreckt sich in der Achsrichtung der Hauptachse 17, wobei er mit einem inneren Endabschnitt 18 axial in einen Innenraum 22 des ersten Hauptkörpers 5 hineinragt und durch eine im zweiten Hauptkörper 6 ausgebildete Belüftungsöffnung 23 hindurch mit einem äußeren Endabschnitt 19 aus dem zweiten Hauptkörper 6 herausragt. Der äußere Endabschnitt 19 ist bevorzugt stößelartig ausgebildet. Der Querschnitt der Belüftungsöffnung 23 ist größer als der Querschnitt des jeweils durch die Belüftungsöffnung 23 hindurchragenden Längenabschnittes des zweiten Hauptkörpers 6.The second main body 6th takes in the deactivated state of the release mechanism 15th a coaxial alignment with respect to the major axis 17th a. Its longitudinal axis 11 expediently coincides with the main axis 17th together. It extends in the axial direction of the main axis 17th , with an inner end portion 18th axially into an interior 22nd of the first main body 5 protrudes and through one in the second main body 6th trained ventilation opening 23 through with an outer end portion 19th from the second main body 6th protrudes. The outer end section 19th is preferably designed like a plunger. The cross section of the ventilation opening 23 is larger than the cross section of each through the ventilation opening 23 protruding length of the second main body 6th .
In dem Innenraum 22 befindet sich ein relativ zu dem ersten Hauptkörper 5 bewegliches Wandelement 24. Das bewegliche Wandelement 24 ist gemäß Doppelpfeil 21 in der Achsrichtung der Hauptachse 17 linear hin und her bewegbar. Diese Bewegung sei im Folgenden auch als Wandbewegung 21 bezeichnet.In the interior 22nd is located relative to the first main body 5 movable wall element 24 . The movable wall element 24 is according to the double arrow 21 in the axial direction of the main axis 17th linearly movable back and forth. Let this movement be in the following also as wall movement 21 designated.
Das bewegliche Wandelement 24 unterteilt den Innenraum 22 des ersten Hauptkörpers 5 axial in eine Unterdruckkammer 25 und in eine Federaufnahmekammer 26. Die Unterteilung ist fluiddicht, was exemplarisch durch ein zwischen das bewegliche Wandelement 24 und den zweiten Hauptkörper 6 eingegliedertes Dichtelement 28 bewirkt ist.The movable wall element 24 divides the interior 22nd of the first main body 5 axially into a vacuum chamber 25th and into a spring receiving chamber 26th . The subdivision is fluid-tight, which is exemplified by a between the movable wall element 24 and the second main body 6th integrated sealing element 28 is effected.
Die Unterdruckkammer 25 ist, wie der zweite Hauptkörper 6, einer Vorderseite 54 des ersten Hauptkörpers 5 zugeordnet.The vacuum chamber 25th is like the second main body 6th , a front 54 of the first main body 5 assigned.
Das bewegliche Wandelement 24 ist bevorzugt als ein starres Kolbenelement 24a ausgebildet, das in seiner Gesamtheit die Wandbewegung 21 ausführen kann und das durch Linearführungsmittel 27 relativ zum ersten Hauptkörper in der Achsrichtung der Hauptachse 17 linear verschiebbar geführt ist. Exemplarisch enthalten die Linearführungsmittel 27 einen von der Unterdruckkammer 25 weg nach hinten in Richtung zu der Federaufnahmekammer 26 vorstehenden Führungszapfen 27a, der in eine diesbezüglich koaxiale Führungsausnehmung 27b des ersten Hauptkörpers 5 gleitveschieblich und mit radial Abstützung eintaucht.The movable wall element 24 is preferred as a rigid piston element 24a formed, the wall movement in its entirety 21 can perform and that by linear guide means 27 relative to the first main body in the axial direction of the main axis 17th is guided linearly displaceable. The linear guide means contain an example 27 one from the vacuum chamber 25th away backwards towards the spring receiving chamber 26th protruding guide pin 27a , which is in a related coaxial guide recess 27b of the first main body 5 Slidable and immersed with radial support.
Das Dichtelement 28 ist am radialen Außenumfang des Kolbenelements 24a fixiert, insbesondere in einer Umfangsnut des Kolbenelements 24a und liegt gleitverschieblich an der Innenumfangsfläche 32 einer den Innenraum 22 peripher begrenzenden Seitenwand 33 des ersten Hauptkörpers 5 an.The sealing element 28 is on the radial outer circumference of the piston element 24a fixed, in particular in a circumferential groove of the piston element 24a and is slidable on the inner peripheral surface 32 one the interior 22nd peripherally delimiting side wall 33 of the first main body 5 at.
Der Innenraum 22 hat rechtwinkelig zu der Hauptachse 17 bevorzugt einen runden und insbesondere einen kreisrunden Querschnitt. Entsprechendes gilt für das bewegliche Wandelement 24.The interior 22nd is perpendicular to the main axis 17th preferably a round and in particular a circular cross section. The same applies to the movable wall element 24 .
Alternativ zu dem Kolbenelement 24a könnte als bewegliches Wandelement 24 beispielsweise auch ein zumindest partiell elastisch verformbares Membranelement vorgesehen sein, das an seinem Außenumfang abgedichtet an der Seitenwand 33 befestigt ist und insbesondere in seinem zentralen Bereich in der Lage ist, durch eine entsprechende Auslenkung die Wandbewegung 21 auszuführen.Alternative to the piston element 24a could be used as a movable wall element 24 For example, an at least partially elastically deformable membrane element can also be provided, which is sealed on its outer circumference on the side wall 33 is attached and is able, in particular in its central area, to move the wall through a corresponding deflection 21 to execute.
Die Belüftungsöffnung 23 ist in einer vorderen Abschlusswand 34 des ersten Hauptkörpers 5 ausgebildet, die gemeinsam mit dem beweglichen Wandelement 24 und dem sich dazwischen erstreckenden Längenabschnitt der Seitenwand 33 die Unterdruckkammer 25 begrenzt. Somit ist die Unterdruckkammer 25 bevorzugt in dem ersten Hauptkörper 5 ausgebildet, wobei die Belüftungsöffnung 23 ebenfalls von dem ersten Hauptkörper 5 definiert ist.The ventilation opening 23 is in a front end wall 34 of the first main body 5 formed together with the movable wall element 24 and the length of the side wall extending therebetween 33 the vacuum chamber 25th limited. Thus is the vacuum chamber 25th preferably in the first main body 5 formed, the ventilation opening 23 also from the first main body 5 is defined.
In die Unterdruckkammer 25 mündet eine Absaugöffnung 35, die über einen teils strichpunktiert angedeuteten Absaugkanal 36 mit einer Unterdruckquelle 37 der Unterdruckmittel 14 in Fluidverbindung steht. Der Absaugkanal 36 ist zweckmäßigerweise partiell in einem an dem ersten Hauptkörper 1 angeordneten Leitungsanschlussstück 38 ausgebildet, an das eine beispielsweise von einem Druckluftschlauch gebildete Fluidleitung anschließbar ist, die zu der Unterdruckquelle 37 führt. In the vacuum chamber 25th opens a suction opening 35 , which have a suction channel, some of which is indicated by dash-dotted lines 36 with a vacuum source 37 the vacuum means 14th is in fluid communication. The suction channel 36 is expediently partially in one on the first main body 1 arranged line connector 38 formed, to which a fluid line formed for example by a compressed air hose can be connected to the vacuum source 37 leads.
Die Unterdruckquelle 37 stellt durch Absaugung der Unterdruckkammer 25 den darin gewünschten Unterdruck zur Verfügung. Bevorzugt handelt es sich bei der Unterdruckquelle 37 gemäß dem Ausführungsbeispiel um eine Ejektoreinrichtung 37a, die nach dem Saugdüsenprinzip arbeitet und die bei Beaufschlagung mit Druckluft eine Absaugwirkung erzeugt, die sich über den Absaugkanal 36 in der Unterdruckkammer 25 unterdruckerzeugend auswirkt.The source of negative pressure 37 represents by suction of the vacuum chamber 25th the desired vacuum is available. It is preferably the source of negative pressure 37 according to the embodiment to an ejector device 37a which works according to the suction nozzle principle and which, when exposed to compressed air, generates a suction effect that spreads through the suction channel 36 in the vacuum chamber 25th has negative pressure generating effects.
Bevorzugt ist die Höhe des in der Unterdruckkammer 25 herrschenden Unterdruckes variabel vorgebbar. Zur Überwachung der Höhe des Unterdruckes ist zweckmäßigerweise eine Drucksensoreinrichtung 42 vorhanden, die bevorzugt an den ersten Hauptkörper angebaut ist und die durch eine Wanddurchbrechung der Seitenwand 33 hindurch über eine Abgriffsöffnung 43 den in der Unterdruckkammer 25 momentan herrschenden Unterdruck misst. Das gemessene Drucksignal wird an eine mit der Drucksensoreinrichtung 42 signaltechnisch verbundene elektronische Steuereinrichtung 44 übermittelt, die steuerungstechnisch mit der Unterdruckquelle 37 verbunden ist und die den Betrieb der Unterdruckquelle 37 so ansteuern kann, dass in der Unterdruckkammer 25 ein gewünschter Betriebs-Unterdruck herrscht. Die Höhe dieses Betriebs-Unterdruckes ist durch die Intensität und/oder Dauer der Absaugung der Unterdruckkammer 25 variierbar.The height of the in the vacuum chamber is preferred 25th prevailing negative pressure variably predeterminable. A pressure sensor device is expediently used to monitor the level of the negative pressure 42 present, which is preferably attached to the first main body and which through a wall opening in the side wall 33 through a tap opening 43 the one in the vacuum chamber 25th measures the currently prevailing negative pressure. The measured pressure signal is sent to a pressure sensor device 42 electronic control device connected by signaling 44 transmitted, the control technology with the vacuum source 37 is connected and the operation of the vacuum source 37 can control that in the vacuum chamber 25th there is a desired operating vacuum. The level of this operating vacuum is determined by the intensity and / or duration of the suction from the vacuum chamber 25th variable.
Die Belüftungsöffnung 23 ist ebenso ein Bestandteil der schon angesprochenen Auslöseeinrichtung 15 wie ein Verschlusselement 45, das von dem zweiten Hauptkörper 6 gebildet ist und das zweckmäßigerweise ein Bestandsteil des inneren Endabschnittes 18 des zweiten Hauptkörpers 6 ist. Bevorzugt ist das Verschlusselement 45 plattenförmig oder scheibenförmig ausgebildet und hat einen Durchmesser, der größer ist als der Durchmesser der Belüftungsöffnung 23, sodass es selbige deckelartig abdecken und verschließen kann.The ventilation opening 23 is also a component of the release mechanism already mentioned 15th like a closure element 45 that of the second main body 6th is formed and that is expediently a component part of the inner end portion 18th of the second main body 6th is. The closure element is preferred 45 Plate-shaped or disc-shaped and has a diameter which is larger than the diameter of the ventilation opening 23 so that it can cover and close the same like a lid.
In der Grundstellung des zweiten Hauptkörpers 6 liegt das Verschlusselement 45 innerhalb der Unterdruckkammer 25 rings um die Belüftungsöffnung 23 herum unter Abdichtung an der der Unterdruckkammer 25 zugewandten axialen Innenfläche 46 der vorderen Abschlusswand 34 an.In the basic position of the second main body 6th is the closure element 45 inside the vacuum chamber 25th around the ventilation opening 23 around under seal at that of the vacuum chamber 25th facing axial inner surface 46 the front end wall 34 at.
Diese axiale Innenfläche 46 definiert quasi einen mit dem Verschlusselement 45 kooperierenden axialen Ventilsitz. Ein zwischen das Verschlusselement 35 und die axiale Innenfläche 46 eingegliedertes ringförmiges Dichtelement 47 sorgt in der Grundstellung des zweiten Hauptkörpers 6 für eine dichte Anlage des die Belüftungsöffnung 23 von innen her abdeckenden Verschlusselementes 45 an der axialen Innenfläche 46 der vorderen Abschlusswand 34 des ersten Hauptkörpers 5. Dadurch ist die Unterdruckkammer 25 von der Belüftungsöffnung 23 abgetrennt und zur benachbarten Umgebung hin hermetisch abgedichtet.This axial inner surface 46 quasi defines one with the closure element 45 cooperating axial valve seat. One between the closure element 35 and the axial inner surface 46 integrated annular sealing element 47 ensures in the basic position of the second main body 6th for a tight fit of the ventilation opening 23 from the inside covering closure element 45 on the axial inner surface 46 the front end wall 34 of the first main body 5 . This is the vacuum chamber 25th from the ventilation opening 23 separated and hermetically sealed to the neighboring environment.
Das ringförmige Dichtelement 47 sitzt beim Ausführungsbeispiel an der der vorderen Abschlusswand 34 zugewandten vorderen Stirnfläche 48 des Verschlusselementes 45, sodass es die Auslenkbewegung 16 des zweiten Hauptkörpers 6 mitmacht. Alternativ könnte es auch an der axialen Innenfläche 46 der vorderen Abschlusswand 34 angeordnet sein.The annular sealing element 47 sits in the exemplary embodiment on the front end wall 34 facing front face 48 of the closure element 45 so that it is the deflection movement 16 of the second main body 6th participate. Alternatively, it could also be on the axial inner surface 46 the front end wall 34 be arranged.
Die Federmittel 13 sind in der Federaufnahmekammer 26 untergebracht, die sich auf der der Unterdruckkammer 25 axial entgegengesetzten Seite des beweglichen Wandelementes 24 im Innern des Hauptkörpers 5 befindet. Die Federaufnahmekammer 26 ist insbesondere einer axialen Rückseite 57 des ersten Hauptkörpers 5 zugeordnet.The spring means 13th are in the spring receiving chamber 26th housed, which is located on that of the vacuum chamber 25th axially opposite side of the movable wall element 24 inside the main body 5 is located. The spring receiving chamber 26th is in particular an axial rear 57 of the first main body 5 assigned.
Die Federmittel 13 stützen sich einerseits an dem beweglichen Wandelement 24 und andererseits an dem ersten Hauptkörper 5 jeweils axial ab. Seitens des ersten Hauptkörpers 5 stützen sie sich zweckmäßigerweise axial innen an einer rückwertigen Abschlusswand 52 ab, die rückseitig an der Seitenwand 33 befestigt ist.The spring means 13th are supported on the one hand on the movable wall element 24 and on the other hand on the first main body 5 each axially. On the part of the first main body 5 they are expediently supported axially on the inside on a rear end wall 52 from the back on the side wall 33 is attached.
Die Federmittel 13 sind insbesondere als Druckfedermittel ausgebildet und rufen die schon erwähnte Federkraft FF hervor, bei der es sich um eine drückende Federkraft handelt, durch die das bewegliche Wandelement 24 in der Richtung zu dem zweiten Hauptkörper 6 drückend beaufschlagt ist.The spring means 13th are designed in particular as compression spring means and call the spring force already mentioned FF which is a pressing spring force by which the movable wall element 24 in the direction of the second main body 6th is pressurized.
Auch wenn in der Unterdruckkammer 25 kein Unterdruck anliegt, wird der zweite Hauptkörper 6 durch das auf ihn einwirkende und durch die Federmittel 13 beaufschlagte bewegliche Wandelement 24 in der Grundstellung gehalten, in der er axial innen an der vorderen Abschlusswand 34 anliegt und durch ihn die Belüftungsöffnung 23 verschlossen ist.Even if in the vacuum chamber 25th there is no negative pressure, the second main body becomes 6th by the acting on it and by the spring means 13th acted upon movable wall element 24 held in the basic position in which it is axially inside on the front end wall 34 and through it the ventilation opening 23 is locked.
Bevorzugt sind die Federmittel 13 gemäß dem Ausführungsbeispiel von einer mechanischen Federeinrichtung 13a gebildet. Hierbei handelt es sich insbesondere um eine Druckfedereinrichtung, die bevorzugt aus mindestens einer Schraubendruckfeder besteht. Diese mechanische Federeinrichtung 13a ist koaxial zu der Hauptachse 17 angeordnet, insbesondere derart, dass sie gemeinsam den Führungszapfen 27a und einen die Führungsausnehmung 27b definierenden Führungshülsenabschnitt 27c der rückwärtigen Abschlusswand 52 koaxial umschließt. Der Führungshülsenabschnitt 27c ragt von der rückwärtigen Abschlusswand 52 nach vorne in den Innenraum 22 des ersten Hauptkörpers 5 hinein.The spring means are preferred 13th according to the embodiment of a mechanical spring device 13a educated. This is in particular a compression spring device, which preferably consists of at least one helical compression spring. This mechanical spring device 13a is coaxial with the major axis 17th arranged, in particular such that they jointly the guide pin 27a and one the guide recess 27b defining guide sleeve section 27c the rear end wall 52 encloses coaxially. The guide sleeve section 27c protrudes from the rear end wall 52 forward into the interior 22nd of the first main body 5 into it.
Über mindestens eine in dem ersten Hauptkörper 5 ausgebildete Entlüftungsöffnung 53 ist die Federaufnahmekammer 26 zweckmäßigerweise ständig zur Atmosphäre entlüftet. Somit herrscht in der Federaufnahmekammer 26 stets der Atmosphärendruck.About at least one in the first main body 5 formed vent opening 53 is the spring receiving chamber 26th expediently constantly vented to the atmosphere. Thus prevails in the spring receiving chamber 26th always the atmospheric pressure.
Wenn in der Unterdruckkammer 25 ein Unterdruck anliegt, wirkt auf das bewegliche Wandelement 24 eine aus der Druckdifferenz zu dem in der Federaufnahmekammer 26 herrschenden Atmosphärendruck resultierende Druckkraft, bei der es sich um die weiter oben schon angesprochene Unterdruckkraft FU handelt. Somit ist das bewegliche Wandelement 24 mit einer abgesehen von eventuellen Reibungskräften aus der Summe der Federkraft FF und der Unterdruckkraft FU gebildeten Vorspannkraft FV des ersten Hauptkörpers 5 in Richtung zu der Vorderseite 54 und somit in Richtung zu dem dem beweglichen Wandelement 24 vorgelagerten zweiten Hauptkörper 6 beaufschlagt und drückt mit dieser Vorspannkraft FV auf den zweiten Hauptkörper 6.When in the vacuum chamber 25th a negative pressure is applied, acts on the movable wall element 24 one of the pressure difference to that in the spring receiving chamber 26th The pressure force resulting from the prevailing atmospheric pressure, which is the vacuum force already mentioned above FU acts. Thus the movable wall element 24 apart from possible frictional forces from the sum of the spring force FF and the vacuum force FU formed pretensioning force FV of the first main body 5 towards the front 54 and thus in the direction of the movable wall element 24 upstream second main body 6th applies and presses with this preload force FV on the second main body 6th .
Der zweite Hauptkörper 6 hat an seinem inneren Endabschnitt 18 eine nach rückwärts in Richtung zu dem beweglichen Wandelement 24 weisende rückwärtige Abstützfläche 55, mit der er bevorzugt lose an einer ihm zugewandten vorderen Abstützfläche 56 des beweglichen Wandelements 24 anliegt. Somit wird in dem Kontaktbereich zwischen der rückwärtigen Abstützfläche 55 und der vorderen Abstützfläche 56 der zweite Hauptkörper 6 durch das bewegliche Wandelement 24 mit der Vorspannkraft FV beaufschlagt. Das bewegliche Wandelement 24 gibt die Vorspannkraft FV quasi an den zweiten Hauptkörper 6 weiter und drückt das Verschlusselement 45 des zweiten Hauptkörpers 6 mit dieser Vorspannkraft FV in die die Belüftungsöffnung 23 unter Abdichtung verschließende Grundstellung.The second main body 6th has at its inner end portion 18th one rearward towards the movable wall element 24 pointing rear support surface 55 , with which he prefers loosely on a front support surface facing him 56 of the movable wall element 24 is present. Thus, in the contact area between the rear support surface 55 and the front support surface 56 the second main body 6th through the movable wall element 24 with the preload force FV applied. The movable wall element 24 gives the pretensioning force FV quasi to the second main body 6th continues and presses the locking element 45 of the second main body 6th with this preload force FV into the ventilation opening 23 Basic position closing under seal.
Die exemplarisch gemeinsam von dem ersten Hauptkörper 5 und dem zweiten Hauptkörper 8 gebildete Auslöseeinrichtung 15 ruft eine offene Verbindung zwischen der Unterdruckkammer 25 und der Atmosphäre hervor, wenn der zweite Hauptkörper 6 aufgrund einer Beaufschlagung durch die Auslösekraft FA aus seiner Grundstellung ausgelenkt ist. Da die Grundstellung des zweiten Hauptkörpers 6 gleichzeitig eine Schließstellung des Verschlusselementes 45 vorgibt, resultiert aus jeder aus der Grundstellung ausgelenkten Stellung des zweiten Hauptkörpers 6 eine die Belüftungsöffnung 23 freigebende Unterdruckaufhebungsstellung des Verschlusselementes 45.The examples shared by the first main body 5 and the second main body 8th formed release device 15th calls an open connection between the vacuum chamber 25th and the atmosphere emerge when the second main body 6th due to an application by the release force FA is deflected from its basic position. Because the basic position of the second main body 6th at the same time a closed position of the closure element 45 pretends, results from each position of the second deflected from the basic position Main body 6th one the ventilation opening 23 releasing negative pressure release position of the closure element 45 .
In den 6 bis 8 sind mehrere mögliche Unterdruckaufhebungsstellungen des Verschlusselementes 45 ersichtlich, die sich in der bezüglich des ersten Hauptkörpers 5 eingenommenen Relativposition des zweiten Hauptkörpers 6 voneinander unterscheiden. Allen Unterdruckaufhebungsstellungen ist gemeinsam, dass das Verschlusselement 45 von der vorderen Abschlusswand 34 weiter in den Innenraum 22 hinein abgehoben ist, sodass durch die Belüftungsöffnung 23 hindurch eine Belüftung der Unterdruckkammer 25 aus der Atmosphäre erfolgen kann, die ein bevorzugt schlagartiges Aufheben des Unterdruckes in der Unterdruckkammer 25 bewirkt.In the 6th to 8th are several possible negative pressure release positions of the closure element 45 can be seen which is in relation to the first main body 5 assumed relative position of the second main body 6th differ from each other. All negative pressure release positions have in common that the closure element 45 from the front end wall 34 further into the interior 22nd lifted into it so that through the ventilation opening 23 through a ventilation of the vacuum chamber 25th can take place from the atmosphere, which preferably abruptly removes the negative pressure in the negative pressure chamber 25th causes.
Die Höhe der zum Aufheben des Unterdruckes erforderlichen Auslösekraft FA hängt von der Höhe der Federkraft FF und von der Höhe der Unterkraft FU ab. Zu Beginn der Auslösebewegung 16 sind beide Kräfte zu überwinden. Dies geschieht dadurch, dass der zweite Hauptkörper 6 mit seiner rückwärtigen Abstützfläche 55 auf die vordere Abstützfläche 56 des beweglichen Wandelementes 24 drückt und selbiges in Richtung zu der Rückseite 57 des ersten Hauptkörpers 5 verschiebt.The amount of release force required to remove the negative pressure FA depends on the amount of spring force FF and the level of the underpower FU from. At the beginning of the release movement 16 both forces have to be overcome. This is done by having the second main body 6th with its rear support surface 55 on the front support surface 56 of the movable wall element 24 pushes and the same towards the back 57 of the first main body 5 shifts.
In dem Moment, in dem die Belüftungsöffnung 23 freigegeben ist, bricht der in der Unterdruckkammer 25 herrschende Unterdruck zusammen und es wirkt im Wesentlichen nur noch die Federkraft FF in Richtung der Grundstellung auf den zweiten Hauptkörper 6 ein. Ist die Auslöseeinrichtung 15 erst einmal aktiviert, wird die Vorspannkraft FV nur mehr im Wesentlichen von der Federkraft FF bestimmt, die bevorzugt relativ gering gehalten ist, sodass keine unerwünscht hohen Reaktionskräfte auf das mit dem Endeffektor 4 kollidierende Kollisionsobjekt rückwirken können.At the moment when the ventilation opening 23 is released, the breaks in the vacuum chamber 25th prevailing negative pressure together and essentially only the spring force acts FF towards the home position on the second main body 6th a. Is the release mechanism 15th once activated, the pre-tensioning force is applied FV only essentially from the spring force FF determined, which is preferably kept relatively low, so that no undesirably high reaction forces on the end effector 4th colliding collision objects can have a retroactive effect.
Zwar werden die Federmittel 13 bei der Auslösebewegung 16 über die ursprüngliche Vorspannung hinaus gespannt, jedoch wirkt sich dies nicht negativ auf das Betriebsverhalten aus, weil das System bevorzugt mit dominierender Unterdruckkraft justiert ist.True, the spring means 13th during the release movement 16 Tensioned beyond the original preload, but this does not have a negative effect on the operating behavior because the system is preferably adjusted with a dominant vacuum force.
Die Federmittel 13 sind bevorzugt so ausgebildet, dass ihre Federkraft FF in jeder aus der Grundstellung ausgelenkten Auslösestellung des zweiten Hauptkörpers 6 kleiner ist als die zum Auslenken des zweiten Hauptkörpers 6 aus der Grundstellung erforderliche Auslösekraft FA.The spring means 13th are preferably designed so that their spring force FF in each release position of the second main body deflected from the basic position 6th is smaller than that for deflecting the second main body 6th release force required from the basic position FA .
Aufgrund der weiter oben erwähnten variablen Einstellmöglichkeit für die Höhe des Unterdruckes besteht die vorteilhafte Möglichkeit, die ein Auslenken des zweiten Hauptkörpers 6 aus der Grundstellung hervorrufende Auslösekraft FA variabel anwendungsspezifisch vorgeben zu können. Die die Auslösekraft FA bestimmende Vorspannkraft FV ist umso größer, je höher der in der Unterdruckkammer 25 eingestellte Unterdruck ist.Due to the above-mentioned variable setting option for the level of the negative pressure, there is the advantageous possibility of deflecting the second main body 6th release force caused by the basic position FA to be able to specify variable application-specific. The trigger force FA determining preload force FV is the greater, the higher the one in the vacuum chamber 25th set vacuum is.
Mit Hilfe der schon angesprochenen Drucksensoreinrichtung 42 besteht die vorteilhafte Möglichkeit, auch das Zusammenbrechen des Unterdruckes in der Unterdruckkammer 25 unmittelbar zu detektieren. Aufgrund eines daraus resultierenden elektrischen Detektionssignals kann die elektronische Steuereinrichtung 44 die Bewegung des Antriebsteils 3, an dem unter Zwischenschaltung der Kollisionsschutzvorrichtung 1 ein Endeffektor 4 montiert ist, in seiner Bewegung unverzüglich stoppen, um eine weitere Gefährdung eines kollaborierenden Menschen auszuschließen.With the help of the already mentioned pressure sensor device 42 there is the advantageous possibility of the collapse of the negative pressure in the negative pressure chamber 25th to be detected immediately. On the basis of an electrical detection signal resulting therefrom, the electronic control device 44 the movement of the drive part 3 , on which with the interposition of the collision protection device 1 an end effector 4th is mounted, stop its movement immediately in order to rule out any further risk to a collaborating person.
Die Kollisionsschutzvorrichtung ist also in der Lage, bei Überschreiten definierter Kräfte und Momente nachzugeben und eine Gegenkraft schlagartig zu reduzieren. Diese Gegenkraft ist bevorzugt in einem vorgegebenen Bereich einstellbar, sodass sich der Nutzer bei der Einstellung des Systems problemlos an den zu Grunde liegenden Sicherheitsrichtlinien orientieren kann.The collision protection device is therefore able to yield when defined forces and moments are exceeded and to suddenly reduce a counterforce. This counterforce is preferably adjustable in a predetermined range so that the user can easily orientate himself on the underlying security guidelines when setting the system.
Das Gesamtsystem ist insbesondere so ausgelegt, dass die sensorische Erkennung einer Kollision und das nachfolgende Stoppen der Bewegung des Antriebsteils 3 so schnell erfolgt, dass das Wandelement 24 nicht auf Block gefahren wird und starr bezüglich des ersten Hauptkörpers 5 abgestützt ist.The overall system is designed in such a way that the sensoric detection of a collision and the subsequent stopping of the movement of the drive part 3 so quickly that the wall element 24 is not driven on block and is rigid with respect to the first main body 5 is supported.
Vorzugsweise sind die relativ zueinander beweglichen Komponenten der Kollisionsschutzvorrichtung 1 so aufeinander abgestimmt, dass die Auslöseeinrichtung 15 mittels unterschiedlicher Arten von Auslenkbewegungen 16 aktivierbar ist. Dies wird vorteilhaft dadurch begünstigt, dass zwischen dem zweiten Hauptkörper 6 und dem beweglichen Wandelement 24 keine starre Verbindung vorliegt, sondern eine Mitnahmekopplung, die eine Relativbewegung des zweiten Hauptkörpers 6 bezüglich des beweglichen Wandelementes 24 in unterschiedlichen Richtungen ermöglicht. In allen Fällen ist aber eine axiale Mitnahmekopplung in der Achsrichtung der Hauptachse 17 gegeben. The components of the collision protection device that can move relative to one another are preferably 1 coordinated so that the release mechanism 15th by means of different types of deflection movements 16 can be activated. This is advantageously promoted by the fact that between the second main body 6th and the movable wall element 24 there is no rigid connection, but a driving coupling that allows a relative movement of the second main body 6th with respect to the movable wall element 24 in different directions. In all cases, however, there is an axial driving coupling in the axial direction of the main axis 17th given.
Besonders vorteilhaft ist es in diesem Zusammenhang, wenn der zweite Hauptkörper 6 mit seiner rückwärtigen Abstützfläche 55 nur lose an der vorderen Abstützfläche 56 des beweglichen Wandelementes 24 anliegt, derart, dass zwischen diesen beiden Komponenten in der Achsrichtung der Hauptachse 17 nur drückende Kräfte und keine ziehenden Kräfte übertragbar sind. Beim Ausführungsbeispiel ist dies der Fall. Der zweite Hauptkörper 6 kann auf diese Weise sogar seine Neigung bezüglich des ersten Hauptkörpers 5 verändern, ohne den Kontakt zu der vorderen Abstützfläche 56 zu verlieren.It is particularly advantageous in this context if the second main body 6th with its rear support surface 55 only loosely on the front support surface 56 of the movable wall element 24 is applied in such a way that between these two components in the axial direction of the main axis 17th only pushing forces and no pulling forces can be transmitted. This is the case in the exemplary embodiment. The second main body 6th can on this way even its inclination with respect to the first main body 5 change without contact with the front support surface 56 to lose.
Bevorzugt liegt zwischen dem zweiten Hauptkörper 6 und dem ersten Hauptkörper 5 eine durch Führungsmittel 58 der Kollisionsschutzvorrichtung 1 bestimmte kinematische Kopplung vor, die dem zweiten Hauptkörper 6 unterschiedliche Arten von Relativbewegungen bezüglich des ersten Hauptkörpers 5 ermöglicht, die jedoch stets ein zumindest partielles Verlagern des zweiten Hauptkörpers 6 in der Achsrichtung der Hauptachse 17 im Sinne eines Spannens der Federmittel 13 zur Folge hat. Die Führungsmittel 58 definieren insbesondere eine Art Getriebe.Preferably lies between the second main body 6th and the first main body 5 one through guide means 58 the collision protection device 1 certain kinematic coupling before that of the second main body 6th different types of relative movements with respect to the first main body 5 allows, however, always an at least partial displacement of the second main body 6th in the axial direction of the main axis 17th in the sense of tensioning the spring means 13th has the consequence. The guide means 58 define in particular a type of gearbox.
Eine Auslösekraft FA, die aus einer in der Achsrichtung der Hauptachse 17 drückenden externen Krafteinwirkung resultiert, führt gemäß 6 zu einer Auslenkbewegung 16 des zweiten Hauptkörpers 6, bei der es sich um eine reine Linearbewegung 62 in der Achsrichtung der Hauptachse 17 handelt.A trigger force FA that consists of one in the axial direction of the main axis 17th pressing external force results, leads according to 6th to a deflection movement 16 of the second main body 6th , which is a pure linear movement 62 in the axial direction of the main axis 17th acts.
Eine aus einem externen Drehmoment mit der Hauptachse als Drehachse resultierende Auslösekraft FA führt gemäß 7 ebenfalls zu einer linearen Auslenkbewegung 16 des zweiten Hauptkörpers 6, die sich aus einer in der Hauptachsrichtung 17 orientierten Linearbewegung 62 und einer diesbezüglich überlagerten begrenzten Drehbewegung 63 zusammensetzt.A release force resulting from an external torque with the main axis as the axis of rotation FA leads according to 7th also to a linear deflection movement 16 of the second main body 6th resulting from one in the main axis direction 17th oriented linear movement 62 and a limited rotational movement superimposed in this regard 63 composed.
Auslösekräfte FA, die gemäß 8 ein Kippmoment auf den zweiten Hauptkörper 6 ausüben, bewirken aufgrund der Führungsmittel 58 eine Kippbewegung 64 um mindestens eine quer zu der Hauptachse 17 verlaufende imaginäre Querachse, sodass der die Abstützfläche 55 aufweisende innere Endabschnitt 18 sich partiell in Richtung zu der Rückseite 57 verlagert und gleichzeitig quer dazu an der vorderen Abstützfläche 56 des beweglichen Wandelements 24 abgleitet.Release forces FA that according to 8th a tilting moment on the second main body 6th exercise, effect due to the guide means 58 a tilting motion 64 by at least one transverse to the major axis 17th running imaginary transverse axis, so that the the support surface 55 having inner end portion 18th partially towards the back 57 displaced and at the same time across it on the front support surface 56 of the movable wall element 24 slides off.
Die Führungsmittel 58 enthalten exemplarisch eine konzentrisch zu der Hauptachse 17 angeordnete, zu dem ersten Hauptkörper 15 gehörende Führungswand 65, die sich auf der Höhe des Verschlusselementes 45 rings um den zweiten Hauptkörper 6 herum erstreckt. Die Führungswand 65 hat eine nach radial innen weisende Innenumfangsfläche 66, die durch Zusammenwirken mit der radialen Außenumfangsfläche 67 des bevorzugt kreisförmig konturierten Verschlusselementes 45 eine Querstabilisierung des zweiten Hauptkörpers 5 bezüglich des ersten Hauptkörpers 5 bewirkt und gleichzeitig eine Linearbewegung 62 des zweiten Hauptkörpers 6 relativ zum ersten Hauptkörper 5 zulässt. Zwischen der Innenumfangsfläche 66 der Führungswand 65 und der radialen Außenumfangsfläche 67 des Verschlusselementes 45 ist ein Ringspalt ausgebildet, der ebenso wie der Querschnitt der Belüftungsöffnung 23 ausreichend groß bemessen ist, um die Kippbewegung 64 des zweiten Hauptkörpers 6 zu ermöglichen.The guide means 58 contain an example concentric to the main axis 17th arranged to the first main body 15th belonging guide wall 65 that are at the level of the closure element 45 around the second main body 6th extends around. The guide wall 65 has an inner circumferential surface pointing radially inward 66 by interacting with the radial outer peripheral surface 67 of the preferably circularly contoured closure element 45 a transverse stabilization of the second main body 5 with respect to the first main body 5 causes and at the same time a linear movement 62 of the second main body 6th relative to the first main body 5 allows. Between the inner peripheral surface 66 the guide wall 65 and the radial outer peripheral surface 67 of the closure element 45 an annular gap is formed which, like the cross section of the ventilation opening 23 is dimensioned sufficiently large to accommodate the tilting movement 64 of the second main body 6th to enable.
Die Führungswand 65 ist mit mehreren in der Umfangsrichtung der Hauptachse 17 beabstandet zueinander angeordneten Führungsaussparungen 68 versehen, die als Führungskulissen fungieren und die jeweils insbesondere die Kontur eines zu der Rückseite 57 hin offenen V haben. Jede Führungsaussparung 68 hat zwei einander zugewandte, in der Umfangsrichtung der Hauptachse 17 zueinander beabstandete Führungsflanken 72, die zur Rückseite 57 hin divergieren.The guide wall 65 is with multiple in the circumferential direction of the main axis 17th spaced apart guide recesses 68 provided, which act as guide links and each in particular the contour of a to the back 57 have V open towards them. Every guide recess 68 has two facing each other in the circumferential direction of the main axis 17th spaced guide flanks 72 going to the back 57 diverge towards.
Der zweite Hauptkörper 6 ist entlang seines Außenumfanges mit gleicher Verteilung wie die Führungsaussparungen 68 mit einer entsprechenden Anzahl von radial nach außen ragenden Führungsvorsprüngen 73 versehen, die vorzugsweise mit einem Kugelkopf enden. Jeder Führungsvorsprung 73 taucht von radial innen her in eine der Führungsaussparungen 73 ein.The second main body 6th is along its outer circumference with the same distribution as the guide recesses 68 with a corresponding number of radially outwardly projecting guide projections 73 provided, which preferably end with a ball head. Any leadership advantage 73 dips into one of the guide recesses from the radial inside 73 a.
In der Grundstellung des zweiten Hauptkörpers 6 befinden sich die Führungsvorsprünge 73 im Bereich des Scheitelpunktes der jeweils zugeordneten Führungsaussparung 68. Wird durch eine Auslösekraft FA ein Drehmoment in den zweiten Hauptkörper 6 eingeleitet, stellt sich die Drehbewegung 63 des zweiten Hauptkörpers 6 ein, wobei die Führungsvorsprünge 73 an einer der beiden zugeordneten Führungsflanken 72 abgleiten, sodass sich gleichzeitig die überlagerte Linearbewegung 62 einstellt, aus der die Wandbewegung 21 resultiert.In the basic position of the second main body 6th are the guide protrusions 73 in the area of the apex of the respectively assigned guide recess 68 . Is triggered by a trigger force FA a torque in the second main body 6th initiated, the rotary motion arises 63 of the second main body 6th one, the guide projections 73 on one of the two assigned guide flanks 72 slide so that at the same time the superimposed linear movement 62 adjusts from which the wall movement 21 results.
Der zweite Hauptkörper 6 ist also insgesamt durch die Führungsmittel 58 derart bezüglich des ersten Hauptkörpers 5 abstützbar oder abgestützt, dass außer der Linearbewegung 6 auch jede Drehbewegung 63 und jede Kippbewegung 64 eine zumindest partielle Verlagerung des zweiten Hauptkörpers 6 in der Achsrichtung der Hauptachse 17 hervorruft.The second main body 6th is therefore a total of the guide means 58 such with respect to the first main body 5 supportable or supported that other than the linear movement 6th also every turning movement 63 and every tilting movement 64 an at least partial displacement of the second main body 6th in the axial direction of the main axis 17th evokes.
Die Führungswand 65 ist zweckmäßigerweise nach Art eines Kragens einstückig an der vorderen Abschlusswand 64 angeformt. Sie taucht von der Vorderseite 54 her in den von der Seitenwand 33 umgrenzten Bereich ein.The guide wall 65 is expediently in one piece on the front end wall in the manner of a collar 64 molded. She emerges from the front 54 from the side wall 33 delimited area.
Die rückwärtige Abstützfläche 55 ist vorzugsweise als eine ebene Fläche ausgebildet, die rechtwinkelig zu der Hauptachse 17 orientiert ist, wenn der zweite Hauptkörper 6 die Grundstellung einnimmt. Auch die am beweglichen Wandelement 24 ausgebildete vordere Abstützfläche 56 ist bevorzugt eben und verläuft rechtwinkelig zu der Hauptachse 17. Bevorzugt ist die rückwärtige Abstützfläche 55 des zweiten Hauptkörpers 6 Bestandteil eines zweckmäßigerweise zylindrischen Abstützvorsprunges 59 des inneren Endabschnittes 18. Er schließt sich einstückig rückseitig an das Verschlusselement 45 an, das bevorzugt einen größeren Durchmesser hat als dieser Abstützvorsprung 59.The rear support surface 55 is preferably designed as a flat surface that is perpendicular to the main axis 17th is oriented when the second main body 6th assumes the basic position. Also the one on the movable wall element 24 trained front support surface 56 is preferably flat and runs at right angles to the main axis 17th . The rear support surface is preferred 55 of the second main body 6th Part of an expediently cylindrical support projection 59 of the inner End section 18th . It closes in one piece on the rear of the closure element 45 on, which preferably has a larger diameter than this support projection 59 .
Es folgt nun nochmals eine zusammenfassende Erläuterung des bevorzugten Ausführungsbeispiels der Kollisionsschutzvorrichtung 1.A summary explanation of the preferred exemplary embodiment of the collision protection device now follows again 1 .
Durch die in der Federaufnahmekammer 26 angeordneten Federmittel 13 wird das bewegliche Wandelement 24 in Richtung zu der Vorderseite 54 in eine Endlage gedrückt, die dadurch definiert ist, dass der zweite Hauptkörper 6 die in der Achsrichtung der Hauptachse 17 mit dem ersten Hauptkörper 5 verspannte und daran axial abgestützte Grundstellung gemäß 5 einnimmt. Während die Federaufnahmekammer 26 mit der atmosphärischen Umgebung verbunden ist, liegt in der dem beweglichen Wandelement 24 zur Vorderseite 54 hin vorgelagerten Unterdruckkammer 25 ein Unterdruck an, der dadurch erhalten wird, dass diese Unterdruckkammer 25 mittels einer Ejektoreinrichtung 37a oder einer sonstigen Unterdruckquelle 37 evakuiert wird. Somit wird der bewegliche Wandabschnitt 26 außer mit der Federkraft FF auch noch zusätzlich mit der aus dem Unterdruck resultierenden Unterdruckkraft FU in Richtung zur Vorderseite 54 an den zweiten Hauptkörper 6 angedrückt. Through the one in the spring receiving chamber 26th arranged spring means 13th becomes the movable wall element 24 towards the front 54 pressed into an end position, which is defined by the fact that the second main body 6th those in the axial direction of the main axis 17th with the first main body 5 braced basic position axially supported thereon according to 5 occupies. While the spring receiving chamber 26th is connected to the atmospheric environment, lies in the movable wall element 24 to the front 54 upstream vacuum chamber 25th a negative pressure, which is obtained by the fact that this negative pressure chamber 25th by means of an ejector device 37a or another source of negative pressure 37 is evacuated. Thus, the movable wall portion becomes 26th except with the spring force FF also additionally with the negative pressure force resulting from the negative pressure FU towards the front 54 to the second main body 6th pressed on.
Das bewegliche Wandelement 24 stützt sich dabei mit der vorderen Abstützfläche 56 an der ihr zugewandten rückwärtigen Abstützfläche 55 des Abstützvorsprunges 59 des zweiten Hauptkörpers 6 ab.The movable wall element 24 supports itself with the front support surface 56 on the rear support surface facing it 55 of the support projection 59 of the second main body 6th from.
In der daraus resultierenden Grundstellung des zweiten Hauptkörpers 6 ist die Unterdruckkammer 25 einerseits durch das über ein Dichtelement 47 mit der vorderen Abschlusswand 34 zusammenwirkende Verschlusselement 45 und andererseits durch das bezüglich der Seitenwand 33 abgedichtete bewegliche Wandelement 24 zur Umgebung hin abgedichtet.In the resulting basic position of the second main body 6th is the vacuum chamber 25th on the one hand by using a sealing element 47 with the front end wall 34 cooperating closure element 45 and on the other hand by that with respect to the side wall 33 sealed movable wall element 24 sealed to the environment.
Wirkt im Betrieb der Kollisionsschutzvorrichtung 1 auf den äußeren Endabschnitt 19 des zweiten Hauptkörpers 6 eine in der Achsrichtung der Hauptachse 17 orientierte Auslösekraft FA, so bewegen sich gemäß 6 der zweite Hauptkörper 6 und das bewegliche Wandelement 24 gemeinsam in Richtung zu der Rückseite 57, wenn die Auslösekraft FA größer ist als die Summenkraft aus der Federkraft FF, der Unterdruckkraft FU und der vorherrschenden Reibkraft. Sobald sich dabei der zweite Hauptkörper 6 auch nur partiell in der Achsrichtung der Hauptachse 17 von der vorderen Abschlusswand 24 wegbewegt hat, wird die Dichtstelle zwischen dem Verschlusselement 45 und dem ersten Hauptkörper 5 aufgehoben und durch die Belüftungsöffnung 23 hindurch ein Verbindung zwischen der Unterdruckkammer 25 und der Atmosphäre freigeschaltet. Dadurch wird der in der Unterdruckkammer 25 herrschende Unterdruck aufgehoben, das Vakuum bricht zusammen. Dadurch wird die auf den zweiten Hauptkörper 6 und folglich auch auf den daran fixierten Endeffektor 4 wirkende Gegenkraft, die der Vorspannkraft FV entspricht, schlagartig auf nur noch die Federkraft FF und die Reibkraft reduziert. Die Ansprechschwelle für diesen Auslösevorgang lässt sich durch entsprechende Einstellung des Vakuumniveaus in der Unterdruckkammer 25 nach Bedarf einstellen.Acts when the collision protection device is in operation 1 on the outer end portion 19th of the second main body 6th one in the axial direction of the major axis 17th oriented release force FA so move accordingly 6th the second main body 6th and the movable wall element 24 together towards the back 57 when the release force FA is greater than the total force from the spring force FF , the vacuum force FU and the prevailing frictional force. Once doing the second main body 6th also only partially in the axial direction of the main axis 17th from the front end wall 24 has moved away, the sealing point between the closure element 45 and the first main body 5 lifted and through the ventilation opening 23 through a connection between the vacuum chamber 25th and unlocked the atmosphere. This is the one in the vacuum chamber 25th The prevailing negative pressure is lifted, the vacuum collapses. This will put the on the second main body 6th and consequently also on the end effector attached to it 4th acting counterforce that of the pretensioning force FV corresponds, suddenly to only the spring force FF and the frictional force is reduced. The response threshold for this triggering process can be adjusted by setting the vacuum level in the vacuum chamber accordingly 25th adjust as needed.
Manche Anwendungen erfordern es, nicht nur rein axial auf den zweiten Hauptkörper 6 wirkende Kollisionskräfte zu begrenzen, sondern auch aus abweichenden Kraftrichtungen resultierende Momente. Durch die besondere Ausgestaltung der beispielhaften Kollisionsschutzvorrichtung 1 mit der losen Verbindung zwischen dem zweiten Hauptkörper 6 und dem beweglichen Wandelement 24 sowie den Führungsmitteln 58 wird dies vorteilhaft erreicht. Die dabei zusammenwirkenden Komponenten können als ein Getriebe angesehen werden, das jegliche aus einer beliebig orientierten Auslösekraft FA resultierende Bewegung des zweiten Hauptkörpers 6 in eine Auslenkbewegung 16 umwandelt, die in der Achsrichtung der Hauptachse 17 orientiert ist und mit einer entsprechend orientierten Stellkraft auf das unter der Vorspannkraft FV stehende bewegliche Wandelement 24 einwirkt.Some applications require it, not just purely axially on the second main body 6th to limit acting collision forces, but also torques resulting from deviating force directions. Due to the special design of the exemplary collision protection device 1 with the loose connection between the second main body 6th and the movable wall element 24 as well as the guide means 58 this is advantageously achieved. The interacting components can be viewed as a transmission, which any one of any oriented release force FA resulting movement of the second main body 6th in a deflection movement 16 converts that in the axial direction of the main axis 17th is oriented and with a correspondingly oriented actuating force on that under the pretensioning force FV standing movable wall element 24 acts.
Momente um die Hauptachse 17 führen gemäß 7 zu einem Verdrehen des zweiten Hauptkörpers 6 um seine Längsachse bezüglich des ersten Hauptkörpers 5, sodass die an ihm angeordneten Führungsvorsprünge 73 an einer der Führungsflanken 72 der jeweils zugeordneten, als Führungskulisse fungierenden Führungsaussparung 68 abgleiten. Somit werden die Führungsaussparungen 68 zusammen mit dem gesamten zweiten Hauptkörper 6 zu einer der Drehbewegung 63 überlagerten Linearbewegung 62 in der Achsrichtung der Hauptachse 17 veranlasst. Folglich wird das bewegliche Wandelement 24 zurückgedrückt und die Unterdruckkammer 25 wird belüftet. Ein Moment um die Hauptachse 17 bewirkt also durch das integrierte Getriebe, dass die der Belüftungsöffnung 23 zugeordnete Dichtstelle zwischen den beiden Hauptkörpern 5, 6 geöffnet und das Vakuum schlagartig abgebaut wird.Moments around the main axis 17th lead according to 7th to twisting the second main body 6th about its longitudinal axis with respect to the first main body 5 so that the guide projections arranged on it 73 on one of the leading flanks 72 the respectively assigned guide recess functioning as a guide link 68 slide off. Thus, the guide recesses 68 along with the entire second main body 6th to one of the rotary motion 63 superimposed linear movement 62 in the axial direction of the main axis 17th caused. Consequently, the movable wall member 24 pushed back and the vacuum chamber 25th is ventilated. A moment around the main axis 17th the integrated gear causes the ventilation opening 23 assigned sealing point between the two main bodies 5 , 6th opened and the vacuum is abruptly released.
Bei einer Einleitung von Momenten in den zweiten Hauptkörper 6, die gemäß 8 eine Kippbewegung um eine zu der Hauptachse 17 quer und insbesondere rechtwinkelig verlaufende imaginäre Querachse hervorrufen, stützt sich der zweite Hauptkörper 6 aufgrund seiner daraus resultierenden Schrägstellung einerseits von axial innen her an der vorderen Abschlusswand 34 und andererseits an der Vorderseite des beweglichen Wandelementes 24 ab. Auch dadurch wird der axiale Abstand zwischen dem beweglichen Wandelement 21 und der mit der Belüftungsöffnung 23 versehenen vorderen Abschlusswand 34 vergrö-ßert und das Verschlusselement 45 zumindest partiell so von der vorderen Abschlusswand 34 abgehoben, dass die Unterdruckkammer 25 belüftet wird.With an introduction of moments into the second main body 6th that according to 8th a tilting movement about one to the main axis 17th Cause transversely and in particular at right angles imaginary transverse axis, the second main body is supported 6th due to its resulting inclination on the one hand from the axially inside on the front end wall 34 and on the other hand at the front of the movable wall element 24 from. This also increases the axial distance between the movable wall element 21 and the one with the ventilation opening 23 provided front end wall 34 enlarged and the closure element 45 at least partially so from the front end wall 34 lifted off that the vacuum chamber 25th is ventilated.
Vorteilhaft ist, dass die aus den Kippbewegungen 64 resultierenden Kraftumlenkungen unabhängig von der Kraftumlenkung der für ein Drehmoment um die Hauptachse 17 verantwortlichen Kräfte erfolgen können. Die beiden Kraftumlenkfunktionen werden somit konstruktiv weitestgehend unabhängig voneinander ausgeführt.It is advantageous that from the tilting movements 64 resulting force deflections regardless of the force deflection for a torque about the main axis 17th responsible forces. The two force deflection functions are thus carried out largely independently of one another in terms of design.
