DE102017218229A1

DE102017218229A1 - Schutzvorrichtung für einen Industrieroboter sowie Schutzelement für eine solche Schutzvorrichtung

Info

Publication number: DE102017218229A1
Application number: DE102017218229.6A
Authority: DE
Inventors: Theo Doll
Original assignee: Dr Doll Eng GmbH; Dr Doll Engineering GmbH
Current assignee: Dr Doll Eng GmbH; Dr Doll Engineering GmbH
Priority date: 2017-10-12
Filing date: 2017-10-12
Publication date: 2019-04-18
Also published as: WO2019072854A1; EP3694691A1

Abstract

Eine derartige Schutzvorrichtung mit wenigstens einem Schutzelement, das als Hülle für einen Außenwandabschnitt des Industrieroboters vorgesehen ist, und einer dem Schutzelement zugeordneten Sensorik, die derart gestaltet ist, dass eine Kollision zwischen dem Schutzelement und einem Hindernis erfassbar ist, ist bekannt.
Erfindungsgemäß ist das Schutzelement ein aus Kunststoff gefertigtes Formteil, das an wenigstens einer Wirkoberfläche eine erste elektrisch leitfähige Leitschicht aufweist, und die Sensorik ist derart gestaltet, dass eine kollisionsbedingte Änderung des elektrischen Widerstands der ersten Leitschicht erfassbar ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Schutzvorrichtung für einen Industrieroboter mit wenigstens einem Schutzelement, das als Hülle für einen Außenwandabschnitt des Industrieroboters vorgesehen ist, und einer dem Schutzelement zugeordneten Sensorik, die derart gestaltet ist, dass eine Kollision zwischen dem Schutzelement und einem Hindernis erfassbar ist.
Eine derartige Schutzvorrichtung ist aus der AT 561 097 B1 bekannt und als Sicherheitsausstattung für einen kollaborierenden Industrieroboter vorgesehen. Als kollaborierende Industrieroboter werden im industriellen Bereich eingesetzte Roboter bezeichnet, die mit einer Person in einem gemeinsamen Arbeitsbereich zusammenarbeiten, wobei die Person nicht durch physische Schutzeinrichtungen wie Zäune, Absperrgitter oder dergleichen von dem Roboter abgeschirmt ist. Mangels einer solchen Abschirmung besteht grundsätzlich eine Kollisionsgefahr zwischen arbeitender Person und Roboter, beispielsweise bei einem unkoordinierten Eingriff der Person in den Verschwenkbereich des Roboters. Um dennoch eine ausreichende Arbeitssicherheit gewährleisten zu können, sind Schutzvorrichtungen erforderlich, die eine solche Kollision detektieren, um eine Notabschaltung des Roboters zu ermöglichen. Die bekannte Schutzvorrichtung weist wenigstens ein Schutzelement mit einer Schutzhülle und einer Basisplatte sowie eine dem Schutzelement zugeordnete Sensorik auf. Die Schutzhülle überspannt die Basisplatte kissenartig und ist im Wesentlichen gasdicht und elastisch gestaltet. Die Basisplatte ist zur Befestigung an einem potenziell kollisionsgefährdeten Außenwandabschnitt des Industrieroboters, beispielsweise an einem Gelenkarm, vorgesehen. Im Inneren des Schutzelements ist eine Pumpe vorgesehen, die einen Gasüberdruck in dem Schutzelement erzeugen soll. Bei einer Kollision wird die Schutzhülle elastisch deformiert. Infolgedessen steigt der Gasüberdruck im Inneren des Schutzelements. Die Sensorik der bekannten Schutzvorrichtung weist einen Drucksensor auf, mittels welchem ein solcher Druckanstieg erfassbar und in ein entsprechendes Signal umsetzbar ist. Das Signal ist an eine Steuereinheit des Roboters weiterleitbar, so dass dieser in Abhängigkeit des Signals abgeschaltet und schwerwiegende Verletzungen der Person vermieden werden können.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Schutzvorrichtung sowie ein Schutzelement der eingangs genannten Art zu schaffen, die einen vereinfachten Aufbau aufweisen und gleichzeitig eine hohe Funktionssicherheit gewährleisten.
Diese Aufgabe wird für die Schutzvorrichtung dadurch gelöst, dass das Schutzelement ein aus Kunststoff gefertigtes Formteil ist, das an wenigstens einer Wirkoberfläche eine erste elektrisch leitfähige Leitschicht aufweist, und die Sensorik derart gestaltet ist, dass eine kollisionsbedingte Änderung des elektrischen Widerstands der ersten Leitschicht erfassbar ist. Durch die erfindungsgemäße Lösung kann ein einfacher und funktionssicherer Aufbau der Schutzvorrichtung erreicht werden, da auf eine aufwändige Gestaltung des Schutzelements und eine im Inneren des Schutzelements anzuordnende und potenziell ausfallgefährdete Pumpe verzichtet werden kann. Stattdessen ist das Schutzelement als einfach und kostengünstig herstellbares Kunststoffformteil gestaltet und weist eine mit einfachen Mitteln realisierbare elektrisch leitfähige Leitschicht auf. Bei einer potenzialausgleichenden Kontaktierung dieser Leitschicht infolge einer Kollision mit dem Hindernis ändert sich naturgemäß der elektrische Widerstand der Leitschicht. Die Sensorik ist erfindungsgemäß derart gestaltet, dass eine solche Veränderung des elektrischen Widerstandes der ersten Leitschicht erfassbar ist. Beispielsweise kann die Sensorik eine mit der ersten Leitschicht elektrisch verbundene, als solche bekannte Messschaltung aufweisen, die eine an der ersten Leitschicht anliegende elektrische Spannung und/oder einen durch die erste Leitschicht fließenden elektrischen Strom erfasst. Eine solche Sensorik ist bauraumsparend und kostengünstig realisierbar und zudem ausfallsicher. Das Formteil kann insbesondere mittels Urformen eines Kunststoffgranulats oder mittels Umformen eines Kunststoffhalbzeugs hergestellt sein. Die Wirkoberfläche des Formteils, an der die Leitschicht ausgebildet ist, kann eine Außen- oder eine Innenfläche des Formteils sein, die bei einer Kollision mit dem Hindernis wenigstens mittelbar, d.h. entweder unmittelbar durch das Hindernis oder beispielsweise durch einen gegenüberliegenden Wandabschnitt des Formteils, kontaktier- und/oder deformierbar ist. Die erste Leitschicht kann insbesondere abschnittsweise, bevorzugt im Wesentlichen vollständig, an der Wirkoberfläche ausgebildet sein. Selbstverständlich kann auch eine Mehrzahl von elektrisch leitfähigen Leitschichten, vorzugsweise an unterschiedlichen Wirkoberflächen, an dem Formelement vorgesehen sein. Bei einer solchen Ausgestaltung ist die Sensorik in vorteilhafter Weise derart gestaltet, dass eine Widerstandsänderung mehrerer, vorzugsweise sämtlicher, der Leitschichten erfassbar ist.
Die erfindungsgemäße Lösung eignet sich in besonders bevorzugter Weise für einen Industrieroboter in Gestalt eines Gelenkarmroboters. Die erfindungsgemäße Lösung kann aber auch für sonstige ortsfest oder autonom bewegte Handhabungsgeräte, wie beispielsweise selbstfahrende Flurförderfahrzeuge, einschließlich für mit einem solchen Handhabungsgerät verbundene Manipulatoren, Aufbauten oder dergleichen verwendet werden.
In Ausgestaltung der Erfindung ist die erste Leitschicht mittels einer Beschichtung des Formteils mit einem elektrisch leitfähigen Material, insbesondere mit Graphit, gebildet. Bei dieser Ausgestaltung der Erfindung kann das Formteil aus einem kostengünstig verfügbaren, elektrisch nicht leitenden Kunststoff gefertigt sein. Als elektrisch leitfähiges Material kann insbesondere Metall oder Graphit verwendet werden. Die Beschichtung des Formteils kann mittels eines grundsätzlich bekannten Verfahrens, beispielsweise mittels Aufsprühens oder Aufdampfens des leitfähigen Materials auf das Formteil, ausgebildet sein.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung weist das Formteil eine Werkstoffzusammensetzung auf, die einen elektrisch leitfähigen Füllstoff beinhaltet, und die erste Leitschicht ist somit durch die Werkstoffoberfläche des Formteils gebildet. Demzufolge kann bei dieser Ausgestaltung der Erfindung auf einen gesonderten Fertigungsschritt zur Ausbildung der Leitschicht verzichtet werden. Als Füllstoff können insbesondere Metallpartikel und/oder -späne, bevorzugt Aluminiumflocken, verwendet werden. Alternativ oder zusätzlich kann die Werkstoffzusammensetzung des Formteils Rußpartikel beinhalten.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung weist das Formteil eine Werkstoffzusammensetzung auf, die einen thermoplastischen Elastomer, insbesondere PE-EPDM (Polyethylen Ethylen-Propylen-Dien-Kautschuk), bevorzugt PP-EPDM (Polypropylen Ethylen-Propylen-DienKautschuk) beinhaltet. Durch die Verwendung von PE-EPDM oder PP-EPDM kann das Formteil weichelastisch und/oder mit einer geschlossenzelligen Struktur ausgebildet werden.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist das Formteil wenigstens zweischalig gestaltet und weist eine Ober- und eine Unterschale auf. Die Unterschale ist vorzugsweise zur Anlage an dem Außenwandabschnitt vorgesehen. Die Ober- und die Unterschale können jeweils getrennt voneinander gefertigte und nachträglich zusammengefügte Bauteile sein. Alternativ können die Ober- und die Unterschale in einem gemeinsamen Fertigungsschritt hergestellt und insoweit einstückig miteinander verbunden sein. Die Ober- und die Unterschale können in Dickenrichtung zueinander beabstandet oder unmittelbar übereinanderliegend angeordnet sein. Vorteilhafterweise sind die Ober- und die Unterschale derart gestaltet, dass einander gegenüberliegende Wandabschnitte der Ober- und der Unterschale bei einer Kollision des Formteils mit dem Hindernis miteinander zur Anlage gelangen oder ein bereits bestehender Kontakt zwischen diesen beiden Wandabschnitten verstärkt wird. Die erste Leitschicht kann insbesondere auf einer dem Außenwandabschnitt abgewandten Außenseite der Oberschale oder an einer dem Außenwandabschnitt zugewandten Innenseite der Oberschale vorgesehen sein. Alternativ kann die erste Leitschicht an einer dem Außenwandabschnitt abgewandten Oberseite der Unterschale oder an der Unterseite der Unterschale vorgesehen sein. Es ist selbstverständlich auch möglich, dass mehrere Leitschichten vorgesehen sind und beispielsweise eine Leitschicht an der Unterseite der Oberschale und eine weitere Leitschicht an der Oberseite der Unterschale ausgebildet ist.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung weisen die Ober- und die Unterschale voneinander abweichende Werkstoffzusammensetzungen auf. Beispielsweise kann die Oberschale aus einem vergleichsweise nachgiebigeren Werkstoff hergestellt sein als die Unterschale oder umgekehrt. Vorzugsweise kann die Oberschale aus einem Kunststoffschaum und die Unterschale aus einer vergleichsweise formstabileren Kunststoffplattenware gefertigt sein oder umgekehrt.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist die Ober- und/oder die Unterschale weichelastisch ausgestaltet. Diese weichelastische Ausgestaltung kann werkstoff- und/oder strukturbedingt sein. Beispielsweise kann die Ober- und/oder die Unterschale aus einem weichelastischen Kunststoffwerkstoff, vorzugsweise einem Kunststoffschaum, gefertigt sein und/oder eine in sich nachgiebige, beispielsweise dünnwandige, Formgebung aufweisen. Durch diese Ausgestaltung der Erfindung kann insbesondere eine Reduktion der zwischen dem Formteil und dem Hindernis wirkenden Kräfte im Kollisionsfall erreicht werden. Hierdurch kann eine Verletzungsgefahr der mit dem Industrieroboter gemeinsam arbeitenden Person weiter verringert werden.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist eine zweite elektrisch leitfähige Leitschicht vorgesehen, wobei die erste Leitschicht und die zweite Leitschicht derart zwischen der Unter- und der Oberschale einander gegenüberliegend angeordnet sind, dass die erste und die zweite Leitschicht bei einer Kollision des Formteils mit dem Hindernis wenigstens abschnittsweise gegeneinander elektrisch kontaktierbar sind. Die Leitschichten können in Dickenrichtung des Schutzelements zueinander beabstandet oder unmittelbar aufeinanderliegend angeordnet sein. Die Leitschichten weisen zueinander unterschiedliche elektrische Potentiale auf. Diese Ausgestaltung der Erfindung ist besonders vorteilhaft, da es im Kollisionsfall selbst dann zu einer Widerstandsänderung der ersten Leitschicht und/oder der zweiten Leitschicht kommt, wenn das Hindernis als solches gegenüber dem elektrischen Potential der ersten Leitschicht und/oder zweiten Leitschicht isoliert ist. Zudem sind die Leitschichten im Inneren des Formteils angeordnet und somit vor einem Verschmutzen und/oder weiteren unerwünschten Umwelteinflüssen geschützt. Bezüglich der Ausbildung der zweiten Leitschicht gilt das zu der ersten Leitschicht Offenbarte in entsprechender Weise, so dass die zweite Leitschicht entweder mittels einer Beschichtung des Formteils mit einem elektrisch leitfähigen Material ausgebildet sein kann. Alternativ kann die zweite Leitschicht durch eine Werkstoffoberfläche des Formteils ausgebildet sein, sofern das Formteil eine elektrisch leitfähige Werkstoffzusammensetzung aufweist.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist die erste Leitschicht an einer Innenwandung der Oberschale ausgebildet und die zweite Leitschicht ist an einer der Oberschale zugewandten Innenwandung der Unterschale ausgebildet. Die erste Leitschicht und/oder die zweite Leitschicht kann wiederum mittels einer Beschichtung oder - falls die Werkstoffzusammensetzung der Ober- oder Unterschale elektrisch leitfähig sein sollte - unmittelbar durch eine Werkstoffoberfläche, genauer: die entsprechende Innenwandung, der Unter- oder Oberschale, ausgebildet sein.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist die erste Leitschicht in Gestalt einer, insbesondere mäanderförmigen, ersten Leiterbahn ausgebildet. Demzufolge ist die Wirkoberfläche, an der die erste Leitschicht ausgebildet ist, nicht vollflächig sondern lediglich an der ersten Leiterbahn elektrisch leitfähig. Vorzugsweise erstreckt sich die erste Leiterbahn über die gesamte Wirkoberfläche. Die Leiterbahn kann beispielsweise in Form parallel erstreckter und elektrisch leitfähig miteinander verbundener Leiterbahnabschnitte ausgebildet sein. Vorzugsweise ist die erste Leiterbahn als eine Mäanderleiterbahn ausgebildet. Alternativ ist beispielsweise eine spiralförmige Gestaltung oder eine unregelmäßig geformte, zusammenhängende Erstreckung der ersten Leiterbahn möglich. Sofern die erste Leitschicht an der Innenwandung der Oberschale ausgebildet ist, kann es bei einer Beschädigung der Oberschale, beispielsweise in Form eines Risses oder eines Loches, zu einer Unterbrechung der ersten Leiterbahn kommen. Infolge einer solchen Unterbrechung steigt der elektrische Widerstand der ersten Leiterbahn an. Eine solche Widerstandsänderung ist mittels der Sensorik erfassbar. Durch diese Ausgestaltung der Erfindung wird eine verbesserte Funktionssicherheit erreicht, da Beschädigungen an dem Formteil detektiert werden können.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist die erste Leitschicht in Gestalt einer Mehrzahl wenigstens abschnittsweise parallel erstreckter, insbesondere streifenförmiger, elektrisch voneinander getrennter erster Leiterbahnen ausgebildet. Demzufolge ist die Wirkoberfläche, an der die erste Leitschicht ausgebildet ist, nicht vollflächig sondern lediglich an der ersten Leiterbahn elektrisch leitfähig. Vorzugsweise erstrecken sich die ersten Leiterbahnen im Wesentlichen über die gesamte Breite und oder Länge der Wirkoberfläche. Die ersten Leiterbahnen können beispielsweise jeweils eine Breite von 10 mm, bevorzugt 3 mm, aufweisen. Dabei können die ersten Leiterbahnen gleichförmig oder voneinander verschieden geformt sein. Die Sensorik kann bei dieser Ausgestaltung von Vorteil derart gestaltet sein, dass eine kollisionsbedingte Änderung des elektrischen Widerstandes einer jeden der ersten Leiterbahnen erfassbar ist. Diese Ausgestaltung der Erfindung ermöglicht es, eine Position der Berührung des Hindernisses an dem Formteil im Kollisionsfall näher einzugrenzen. Sind die ersten Leiterbahnen in Breitenrichtung des Formteils erstreckt kann demnach eine Längenposition der Berührung ermittelt werden. Sind die ersten Leiterbahnen stattdessen in Längenrichtung des Formteils erstreckt, kann eine Breitenposition der Berührung ermittelt werden.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist die zweite Leitschicht in Gestalt einer, insbesondere mäanderförmigen, zweiten Leiterbahn ausgebildet und quer zu der ersten Leiterbahn oder den ersten Leiterbahnen erstreckt. Alternativ ist beispielsweise eine spiralförmige Gestaltung oder eine unregelmäßig geformte, zusammenhängende Erstreckung der zweiten Leiterbahn möglich. Die zweite Leiterbahn ist quer, d.h. um etwa 90° gedreht, zu der ersten Leiterbahn oder den ersten Leiterbahnen angeordnet. Sofern die zweite Leitschicht mittels einer Beschichtung ausgebildet ist, kann auf diese Weise insbesondere leitfähiges Material eingespart werden.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist die zweite Leitschicht in Gestalt einer Mehrzahl wenigstens abschnittsweise parallel erstreckter, insbesondere streifenförmiger, elektrisch voneinander getrennter zweiter Leiterbahnen, die quer zu der ersten Leiterbahn oder den ersten Leiterbahnen erstreckt sind, ausgebildet. Vorzugsweise ist hierbei die erste Leitschicht in Gestalt einer Mehrzahl parallel erstreckter, insbesondere streifenförmiger, elektrisch voneinander getrennter erster Leiterbahnen ausgebildet. Dabei können die zweiten Leiterbahnen gleichförmig oder voneinander verschieden geformt sein. Auf diese Weise bilden die ersten und die zweiten Leiterbahnen eine Art Raster aus. Beispielsweise sind die ersten Leiterbahnen in Längsrichtung und die zweiten Leiterbahnen in Breitenrichtung des Formteils erstreckt oder umgekehrt. Die Sensorik kann bei dieser Ausgestaltung von Vorteil derart gestaltet sein, dass eine kollisionsbedingte Änderung des elektrischen Widerstandes einer jeden der ersten Leiterbahnen und einer jeden der zweiten Leiterbahnen erfassbar ist. Diese Ausgestaltung der Erfindung ermöglicht es, eine Position der Berührung des Hindernisses an dem Formteil im Kollisionsfall zu bestimmen. In Abhängigkeit davon, bei welcher der ersten und bei welcher der zweiten Leiterbahnen eine kollisionsbedingte Widerstandänderung erfasst wird, kann eine Position in dem durch die Leiterbahnen gebildeten Raster bestimmt werden. Zudem kann von Vorteil ermittelt werden, ob eine punktuelle oder eine flächige Kollision vorliegt, je nachdem, ob lediglich einzelne oder mehrere benachbarte Leiterbahnen eine Änderung des elektrischen Widerstandes erfahren.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist das Formteil ein Thermoform-Bauteil, insbesondere ein Twin-Sheet-Bauteil. Das Thermoform-Bauteil kann mittels eines grundsätzlich bekannten Thermoform-Verfahrens hergestellt sein. Soweit das Formteil einen einschaligen Aufbau aufweist, kann es von Vorteil als Single-Sheet-Bauteil gefertigt sein. Single-Sheet-Forming ist im Bereich der Kunststoffverarbeitung grundsätzlich bekannt. Soweit das Formteil einen mehrschaligen Aufbau und/oder einen Hohlraum aufweist, ist es besonders vorteilhaft, wenn es als Twin-Sheet-Bauteil, d.h. mittels eines grundsätzlich bekannten Twin-Sheet-Verfahrens, hergestellt ist. Bei letztgenanntem Verfahren, das eine Sonderform des Thermo-Formens darstellt, werden zwei plattenförmige Kunststoffhalbzeuge in einem einzigen Arbeitsgang erhitzt, vakuumtiefgezogen und miteinander verschweißt. Alternativ kann das Formteil bei einem mehrschaligen Aufbau aus mehreren mittels Single-Sheet-Formings getrennt voneinander hergestellten Single-Sheet-Bauteilen zusammengefügt sein. Die Single-Sheet-Bauteile können zur Herstellung des mehrschalig aufgebauten Formteils beispielsweise miteinander verklebt, verschweißt oder vernäht sein. Durch diese Ausgestaltung der Erfindung kann ein besonders kostengünstig und materialsparend herstellbares Formteil erreicht werden.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung weist das Formteil einen luftdicht abgeschlossenen Hohlraum auf und die Sensorik ist derart gestaltet, dass eine kollisionsbedingte Veränderung des Luftdrucks in dem Hohlraum erfassbar ist. Zur Erfassung der kollisionsbedingten Luftdruckänderung kann die Sensorik einen Drucksensor aufweisen, der im Inneren des Formteils angeordnet sein kann. Durch diese Ausgestaltung der Erfindung kann eine redundante Kollisionserfassung, nämlich einerseits basierend auf einer Erfassung der kollisionsbedingten Änderung des elektrischen Widerstands der Leitschicht und andererseits auf Basis einer kollisionsbedingten Änderung des Luftdrucks in dem Hohlraum, und somit eine besonders hohe Funktionssicherheit der Schutzvorrichtung erreicht werden.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist der Hohlraum zwischen der Unter- und der Oberschale ausgebildet, wobei diese luftdicht miteinander verbunden sind.
Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird für ein Schutzelement der eingangs genannten Art dadurch gelöst, dass es in Gestalt eines aus einem Kunststoff gefertigten Formteils nach einem der vorhergehenden Ansprüche ausgebildet ist.
Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen sowie aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele der Erfindung, die anhand der Zeichnungen dargestellt sind.

1 zeigt in schematischer Perspektivdarstellung einen Industrieroboter mit einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Schutzvorrichtung, die zwei erfindungsgemäße Schutzelemente einer ersten Ausführungsform und eine den Schutzelementen zugeordnete Sensorik aufweist,
2 die beiden Schutzelemente nach 1 in einer schematischen Perspektivdarstellung,
3a, 3b eines der Schutzelemente nach den 1 und 2 in einer schematischen Untersicht (3a) und einer schematischen Seitenansicht (3b),
4a, 4b das Schutzelement nach den 3a, 3b in schematischen Längsschnittdarstellung entlang einer Schnittlinie A-A nach 3a (4a) und einer schematischen Querschnittsdarstellung entlang einer Schnittlinie B-B nach 3b (4b),
4c, 4d in einer vergrößerten Darstellung einen Bereich I nach 4b für eine erste Ausführungsvariante (4c) und eine zweite Ausführungsvariante (4d) des Schutzelements nach den 3a bis 4b,
5a, 5b eine zweite Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Schutzelements in einer Längs- sowie einer Querschnittsdarstellung entsprechend den 4a bzw. 4b,
5c, 5d in einer vergrößerten Darstellung einen Bereich II nach 5b für eine erste Ausführungsvariante (5c) und eine zweite Ausführungsvariante (5d) des Schutzelements nach den 5a und 5b,
6a, 6b eine dritte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Schutzelements in einer Längs- sowie einer Querschnittsdarstellung entsprechend der 4a bzw. 4b,
6c, 6d in einer vergrößerten Darstellung einen Bereich III nach 6b für eine erste erfindungsgemäße Ausführungsvariante (6c) sowie eine zweite erfindungsgemäße Ausführungsvariante (6d) des Schutzelements nach den 6a, 6b,
7 in schematischer Perspektivdarstellung eine Oberschale einer weiteren Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Schutzelementes mit einer in Gestalt einer ersten Leiterbahn ausgebildeten ersten Leitschicht,
8 eine abgewickelte, ebene Darstellung der ersten Leiterbahn nach 7,
9 in schematischer, vereinfachter Prinzipdarstellung die erste Leitschicht nach den 7 und 8 zusammen mit einer vollflächig ausgebildeten zweiten Leitschicht,
10a, 10b jeweils in schematischer, vereinfachter Prinzipdarstellung eine zweite (10a) und eine dritte erfindungsgemäße Ausgestaltung (10b) einer ersten Leitschicht und einer zweiten Leitschicht,
11, in schematischer, vereinfachter Prinzipdarstellung eine vierte erfindungsgemäße Ausgestaltung einer ersten und einer zweiten Leitschicht und
12a, 12b jeweils in schematischer, vereinfachter Prinzipdarstellung eine fünfte (12a) und eine sechste erfindungsgemäße Ausgestaltung (12b) einer ersten Leitschicht und einer zweiten Leitschicht.

Gemäß 1 ist ein Industrieroboter R in Gestalt eines Gelenkarmroboters mit einer Schutzvorrichtung 1 versehen. Der Gelenkarmroboter R weist einen ersten Gelenkarm 2 auf, der um eine im Wesentlichen horizontal ausgerichtete Drehachse verschwenkbar an einem Sockelabschnitt 3 angelenkt ist. Der Sockelabschnitt 3 ist um eine im Wesentlichen vertikal ausgerichtete Drehachse drehbar an einem Fußabschnitt 4 gelagert, der bodenfest mit einem Fundament F verschraubt ist. Weiter weist der Gelenkarmroboter R einen zweiten Gelenkarm 5 auf, der einends eine nicht näher spezifizierte Werkzeugaufnahme 6 aufweist und andernends um eine im Wesentlichen horizontal ausgerichtete Drehachse verschwenkbar an dem ersten Gelenkarm 2 angelenkt ist. Die Werkzeugaufnahme 6 kann um eine im Wesentlichen horizontal ausgerichtete Drehachse gegenüber dem zweiten Gelenkarm 5 verschwenkbar und zudem um die Längsachse des zweiten Gelenkarms 5 gegenüber diesem drehbar sein. Die Gelenkarme 2, 5 sowie der Sockelabschnitt 3 und die Werkzeugaufnahme 6 sind auf grundsätzlich bekannte Weise mittels nicht näher ersichtlicher Antriebsmotoren um die entsprechenden Drehachsen verlagerbar, so dass der Gelenkarmroboter R Arbeiten innerhalb eines Arbeitsbereichs A ausführen kann. Vorliegend ist innerhalb des Arbeitsbereichs A des Gelenkarmroboters R ein Hindernis H angeordnet, das ortsfest oder beweglich sein kann. Das Hindernis H ist in 1 lediglich schematisch und stark vereinfacht - im Sinne eines generischen Platzhalters - dargestellt und kann insbesondere eine in dem Arbeitsbereich A arbeitende Person sein. Alternativ ist es auch möglich, dass das Hindernis H durch einen Abschnitt, beispielweise den Sockelabschnitt 3 oder den Fußabschnitt 4, des Gelenkarmroboters R gebildet ist. Die Schutzvorrichtung 1 dient der Gewährleistung einer ausreichenden Arbeitssicherheit und ist auf noch näher zu erläuternde Weise derart ausgestaltet, dass eine Kollision zwischen dem Industrieroboter R und dem Hindernis H detektierbar ist, um eine Notabschaltung des Industrieroboters R im Kollisionsfall zu ermöglichen.
Zu diesem Zweck weist die Schutzvorrichtung 1 Schutzelemente 7a auf, die als Hülle für einen Außenwandabschnitt 8 des Industrieroboters R vorgesehen sind. In dem Ausführungsbeispiel gemäß 1 sind zwei Schutzelemente 7a vorgesehen, die den zweiten Gelenkarm 5 im Wesentlichen vollständig ummanteln. Selbstverständlich ist es auch möglich, dass weniger oder mehr als zwei Schutzelemente 7a vorgesehen sind und dass diese alternativ oder zusätzlich beispielsweise an dem ersten Gelenkarm 2 und/oder dem Sockelabschnitt 3 vorgesehen sind. Weiter weist die Schutzvorrichtung 1 eine den Schutzelementen 7a, 7a zugeordnete Sensorik 9 auf, die derart gestaltet ist, dass eine Kollision zwischen dem Hindernis H und wenigstens einem der Schutzelemente 7a erfassbar ist. Die Sensorik 9 ist anhand 1 lediglich vereinfacht und schematisch dargestellt und kann beispielsweise elektrische und/oder elektronische Komponenten umfassen, die innerhalb und/oder außerhalb des jeweiligen Schutzelementes 7a, 7a angeordnet sein können.
Die Sensorik 9 ist derart ausgestaltet, dass wenigstens eine nicht näher bezeichnete physikalische Größe an dem jeweiligen Schutzelement 7a erfassbar ist, was anhand 1 mittels der dort ersichtlichen strichliert gezeichneten Verbindungen zwischen der Sensorik 9 und dem jeweiligen Schutzelement 7a verdeutlicht werden soll. Weiter kann die Sensorik 9 dazu vorbereitet sein, in Abhängigkeit der an den Schutzelementen 7a, 7a erfassten physikalischen Größen ein Ausgangssignal M an eine nicht näher ersichtliche Steuereinheit des Gelenkarmroboters R zu übermitteln. Mittels des Signals M kann im Kollisionsfall eine Notabschaltung des Industrieroboters R bewirkt werden.
Wie insbesondere anhand der 2 sowie 3a und 3b ersichtlich ist, sind die Schutzelemente 7a, 7a jeweils in Gestalt eines Formteils ausgebildet. Die Formteile 7a, 7a sind jeweils aus Kunststoff gefertigt und weisen einen im Wesentlichen identischen Aufbau auf, so dass nachfolgend zur Vermeidung von Wiederholungen lediglich auf eines der beiden Formteile 7a, 7a näher eingegangen wird.
Das Formteil 7a weist eine halbschalenförmige Gestalt auf, deren Innenkontur 10a im Wesentlichen einer Kontur des Außenwandabschnitts 8 des Industrieroboters R nachempfunden sein kann. Weiter weist das Formteil 7a eine Aussparung 11a auf, die in betriebsfertig montiertem Zustand die Werkzeugaufnahme 6 des Industrieroboters R freigibt. Weiter weist das Formteil 7a an einer im betriebsfertig montierten Zustand dem Außenwandabschnitt 8 abgewandten Wirkoberfläche eine erste elektrisch leitfähige Leitschicht 13a auf. Die erste elektrisch leitfähige Leitschicht 13a ist im Wesentlichen vollflächig an der Wirkoberfläche ausgebildet. Selbstverständlich ist es auch möglich, dass die erste Leitschicht 13a lediglich abschnittsweise, beispielsweise streifen-, gitter- oder mäanderförmig, ausgebildet ist. In einer ersten Ausführungsvariante gemäß 4c ist die Leitschicht 13a mittels einer Beschichtung des Formteils 7a mit einem elektrisch leitfähigen Material 14 gebildet. Vorliegend ist als leitfähiges Material 14a Graphit vorgesehen. Alternativ zu der Variante gemäß 4c kann nach 4d die Leitschicht 13a durch eine Werkstoffoberfläche Oberfläche des Formteils 7a gebildet sein. Zu diesem Zweck weist das Formteil 7a eine Werkstoffzusammensetzung W auf, die einen elektrisch leitfähigen Füllstoff 15a beinhaltet. Als Füllstoff 15a sind Aluminiumpartikel vorgesehen. Weiter weist die Werkstoffzusammensetzung W einen thermoplastischen Elastomer auf. Als thermoplastischer Elastomer ist bei dem Ausführungsbeispiel gemäß den 4a bis 4d PP-EPDM (Polypropylen Ethylen-Propylen-DienKautschuk) gewählt.
Die Sensorik 9 ist derart gestaltet, dass eine kollisionsbedingte Änderung des elektrischen Widerstands R1 der Leitschicht 13a erfassbar ist. Anhand 1 ist dies schematisch mit der dort strichliert eingezeichneten Verbindung zwischen der Sensorik 9 und dem Formelement 7a angedeutet. Der elektrische Widerstand R1 ändert sich infolge eines elektrischen Potentialausgleichs zwischen dem Hindernis H und der Leitschicht 13a. Dies setzt voraus, dass das Hindernis H gegenüber dem elektrischen Potential der Leitschicht 13a nicht elektrisch isoliert ist.
Die Ausführungsformen eines erfindungsgemäßer Schutzelemente 7b bzw. 7c nach den 5a bis 5c weisen hinsichtlich ihrer strukturellen sowie funktionellen Ausgestaltung Übereinstimmungen mit der zuvor anhand der 1 bis 4c beschriebenen Ausführungsform. Zur Vermeidung von Wiederholungen wird daher auf die Offenbarung zu der Ausführungsform nach den 1 bis 4c verwiesen. Nachfolgend wird lediglich auf die wesentlichen Unterschiede der Ausführungsformen nach den 5a bis 5c bzw. 6a bis 6c eingegangen. Funktions- und/oder baugleiche Abschnitte und Teile dieser Ausführungsformen werden mit gleichen Bezugszeichenziffern unter Hinzufügung geänderter Kleinbuchstaben versehen.
Die Ausführungsform nach den 5a bis 5d sieht ein zweischalig gestaltetes Formteil 7b vor. Das Formteil 7b weist insoweit eine Oberschale 16b und eine Unterschale 17b auf. Die Unterschale 17b ist vorliegend zur Anlage an den Außenwandabschnitt 8 des Industrieroboters R vorgesehen. Alternativ kann die Unterschale 17b in montiertem Zustand beabstandet zu dem Außenwandabschnitt 8 sein. Hierdurch kann im Falle einer Kollision ein zusätzlicher Pufferweg erreicht werden. Zudem ist es zu diesem Zweck möglich, ein weichelastisches Material zwischen der Unterschale 17b und dem Außenwandabschnitt 8 anzuordnen. Wie anhand der vergrößerten Darstellungen der 5c und 5d ersichtlich ist, weist das Formteil 7b eine erste elektrisch leitfähige Leitschicht 13b und eine zweite elektrische Leitschicht 18b auf. Die Leitschichten 13b, 18b sind zwischen der Oberschale 16b und der Unterschale 17b einander gegenüberliegend angeordnet. Hierbei kontaktieren sich die Leitschichten 13b, 18b unmittelbar bereits in einem kollisionsunbeeinflussten Zustand des Formteils 7b. Bei der Variante gemäß 5c sind die Leitschichten 13b und 18b jeweils mittels einer Beschichtung der Oberschale 16b bzw. der Unterschale 17b mit einem elektrisch leitfähigen Material 14b, nämlich Graphit, gebildet. Bei der Variante gemäß 5d sind die Leitschichten 13b, 18b jeweils durch die jeweilige Werkstoffoberfläche der Oberschale 16b bzw. der Unterschale 17b gebildet. Zu diesem Zweck weist die Unterschale die Werkstoffzusammensetzung Wb mit einem elektrisch leitfähigen Füllstoff 15b. Demgegenüber weist die Oberschale 16a eine hiervon abweichende Werkstoffzusammensetzung Vb auf, die einen elektrisch leitfähigen Füllstoff 115b, nämlich Graphit, beinhaltet.
Die Oberschale 16b ist weichelastisch ausgestaltet. Alternativ oder zusätzlich kann die Unterschale 17b weichelastisch ausgestaltet sein. Im Kollisionsfall mit dem Hindernis H kommt es zu einer jedenfalls lokalen Deformation der Ober- und der Unterschale 16b, 17b, wobei die elektrisch leitfähigen Leitschichten 13b, 18b verstärkt gegeneinander gepresst werden. Infolge dieser verstärkten Pressung ist eine Änderung des elektrischen Widerstands der ersten Leitschicht 13b und/oder der zweiten Leitschicht 18b mittels der Sensorik 9 erfassbar.
In Übereinstimmung mit der Ausführungsform nach den 5a bis 5d sieht die Ausführungsform nach den 6a bis 6d eine zweischalige Ausgestaltung des dortigen Formteils 7c vor. Ebenso wie das Formteil 7b weist das Formteil 7c eine Oberschale 16c und eine Unterschale 17c auf, wobei die Unterschale 17c wiederum zur Anlage an dem Außenwandabschnitt 8 vorgesehen ist. Im Gegensatz zu dem Formteil 7b sieht das Formteil 7c einen Hohlraum 19 vor, der in Dickenrichtung des Formteils 7c zwischen der Unterschale 17c und der Oberschale 16c angeordnet ist. Der Hohlraum 19 ist luftdicht nach außen abgeschlossen. Das Formteil 7c weist wiederum eine erste und eine zweite elektrisch leitfähige Leitschicht 13c bzw. 18c auf. Die erste Leitschicht 13c ist an einer Innenfläche der Oberschale 16c ausgebildet. Die zweite Leitschicht 18c ist an einer Innenfläche der Unterschale 17c ausgebildet. Insoweit sind die Leitschichten 13c und 18c in Übereinstimmung zu dem Ausführungsbeispiel gemäß den 5a bis 5d zwischen der Unterschale 17c und der Oberschale 16c einander gegenüberliegend angeordnet. Im Unterschied hierzu sind die Leitschichten 13c, 18c allerdings durch den zwischen der Ober- und der Unterschale 16c, 17c ausgebildeten Hohlraum 19 in Dickenrichtung voneinander beabstandet. Vorliegend beträgt der Abstand in etwa 5mm, was jedoch nicht zwingend der Fall sein muss. Je nach Anwendungsfall und insbesondere Abmessung des Gelenkarmroboters R kann der Abstand größer oder kleiner als 5 mm sein.
Bei der Ausführungsvariante nach 6c sind die Leitschichten 13c, 18c jeweils mittels einer Beschichtung der Oberschale 16c bzw. der Unterschale 17c mit einem elektrisch leitfähigen Material 14c gebildet. Die Variante gemäß 7d sieht eine hiermit übereinstimmende Ausgestaltung der Oberschale 16c und der an dieser ausgebildeten Leitschicht 13c vor. Demgegenüber ist die Leitschicht 18c durch die innenliegende Werkstoffoberfläche der Unterschale 17c ausgebildet, die zu diesem Zweck eine elektrisch leitfähige Werkstoffzusammensetzung Wc mit einem elektrisch leitfähigen Füllstoff 15c aufweist.
Die Oberschale 16c nähert sich bei einer Kollision des Formteils 7c mit dem Hindernis H aufgrund einer weichelastischen Ausgestaltung des Formteils 7c der Unterschale 17c an. Zu diesem Zweck beispielsweise die Oberschale 16c aus einem Kunststoffschaum gefertigt und/oder dünnwandig und somit nachgiebig gestaltet sein. Hierbei kommt es zu einer elektrischen Kontaktierung zwischen der ersten Leitschicht 13c und der zweiten Leitschicht 18c. Dies bewirkt eine Änderung des elektrischen Widerstands der ersten Leitschicht 13c und/oder der zweiten Leitschicht 18c, die mittels der Sensorik 9 erfassbar ist. Zudem kommt es aufgrund des luftdichten Abschlusses des Hohlraums 19 zu einer kollisionsbedingten Änderung eines Drucks P in dem Hohlraum 19. Die Sensorik 9 ist derart ausgestaltet, dass eine solche kollisionsbedingte Änderung des Drucks P in dem Hohlraum 19 erfassbar ist. Zu diesem Zweck kann die Sensorik 9 einen Drucksensor aufweisen, der in dem Hohlraum 19 angeordnet sein kann.
Den Formteilen 7a, 7b und 7c ist gemeinsam, dass sie jeweils als Thermoform-Bauteil hergestellt sind. Das heißt, die Formteile 7a bis 7c sind jeweils mittels eines im Bereich der Kunststofftechnik grundsätzlich bekannten Thermoform-Verfahrens hergestellt. Dieses Thermoform-Verfahren sieht ein Erwärmen eines thermoplastischen Kunststoffhalbzeugs, beispielsweise einer Kunststoffplattenware oder eines plattenförmigen Kunststoffschaums, vor. Das erwärmte Kunststoffhalbzeug wird in einer Tiefziehform vakuumutiefgezogen, abgekühlt und entformt.
Hierbei sind die Formteile 7b und 7c im Speziellen als Twin-Sheet-Bauteile hergestellt. Das heißt zu deren Herstellung ist ein als solches bekanntes Twin-Sheet-Thermoform-Verfahren vorgesehen. Bei dieser im Bereich der Kunststofftechnik grundsätzlich bekannten Sonderform des Thermoformens werden zwei plattenförmige Kunststoffhalbzeuge erwärmt, zwischen einander gegenüberliegend positionierte Tiefziehformen verbracht und vakuumunterstützt in die Tiefziehformen tiefgezogen, wobei die Tiefziehformen gegeneinander zur Anlage gebracht und die tiefgezogenen Kunststoffplatten miteinander verschweißt werden.
Die Leitschichten 13a-c sowie 18b und 18c können jeweils verschiedenartig gestaltet, beispielsweise vollflächig, mäanderförmig, streifenförmig oder dergleichen, ausgebildet sein. Insbesondere bei einer zweischaligen Ausgestaltung des Formteils gemäß der Ausführungsform nach den 6a bis 6d können mittels verschiedenartig gestalteter Leitschichten unterschiedliche Vorteile und Funktionalitäten erreicht werden. Nachfolgend wird anhand der 7 bis 12b näher auf spezifische Ausgestaltungen der ersten Leitschicht und der zweiten Leitschicht eingegangen.
Gemäß 7 ist eine erste Leitschicht in Gestalt einer mäanderförmigen ersten Leiterbahn 13d an einer Innenwandung 20d einer Oberschale 16d eines Formteils ausgebildet, wobei die Oberschale 16d zur besseren Erkennbarkeit der innenliegenden Leiterbahn 13d um in etwa 180° entlang ihrer Längsachse gedreht ist. Die erste Leiterbahn 13d ist im Wesentlichen über die gesamte Innenwandung 20d erstreckt. Ein Anschlussabschnitt 21d, der zur elektrisch leitfähigen Verbindung mit der Sensorik 9 vorgesehen ist, ist in Breitenrichtung der Oberschale 16d in etwa mittig stirnendseitig angeordnet. Ausgehend von dem Anschlussabschnitt 21d erstreckt sich die erste Leiterbahn 13d mäanderförmig. Hierbei sind benachbarte, zueinander parallel und in Breitenrichtung der Oberschale 16d erstreckte Leiterbahnabschnitte 22d jeweils mittels eines gebogenen Verbindungsabschnittes 23d elektrisch leitend miteinander verbunden. Die Innenwandung 20d ist lediglich an der ersten Leiterbahn 13d elektrisch leitfähig. In den zwischen den Leiterbahnabschnitten 22d angeordneten Bereichen der Innenwandung 20d liegt hingegen keine elektrische Leitfähigkeit vor. Die erste Leiterbahn 13d ist dazu vorgesehen, im Falle einer Kollision des Formteils mit dem Hindernis H mit einer zweiten Leitschicht kontaktiert zu werden. Diese zweite Leitschicht ist vorteilhafterweise an einer der Oberschale 16d zugeordneten Unterschale des Formteils ausgebildet. Vorzugsweise ist die zweite Leitschicht an einer Innenwandung der Unterschale, die der Innenwandung 20d der Oberschale 16d zugewandt ist, ausgebildet. Die zweite Leitschicht kann wiederum verschiedenartig ausgestaltet sein.
Gemäß 9 ist - wie anhand der stark vereinfachten Prinzipdarstellung verdeutlicht werden soll - eine zweite Leitschicht 18d vorgesehen, die vorliegend vollflächig ausgebildet ist. Die zweite Leitschicht 18d bildet somit eine durchgehende Kontaktfläche, an der die mäanderförmig ausgestaltete Leiterbahn 13d im Falle einer Kollision des Formteils mit dem Hindernis H kontaktierbar ist. Die zweite Leitschicht 18d weist einen Anschlussabschnitt 24d auf. Der Anschlussabschnitt 24d ist für eine elektrisch leitfähige Verbindung der zweiten Leitschicht 18d mit der Sensorik 9 vorgesehen.
Die erste Leiterbahn 13d kann zusätzlich zu dem Anschlussabschnitt 21d mit einem zweiten, vorliegend nicht näher dargestellten Anschlussabschnitt, versehen sein. Der zweite Anschlussabschnitt ist von Vorteil an einem dem ersten Anschlussabschnitt 21d abgewandten Ende der Leiterbahn 13d angeordnet. Dadurch kann vorteilhafterweise eine defektbedingte Änderung des Widerstandes der Leiterbahn 13d unabhängig von einer Kontaktierung mit der zweiten Leitschicht 18d, beispielsweise mittels der zu diesem Zweck entsprechend eingerichteten Sensorik 9, erfasst werden.
Bei der Ausführungsform nach 10a ist anstelle der mäanderförmigen ersten Leiterbahn 13d eine erste Leitschicht vorgesehen, die in Gestalt einer Mehrzahl parallel erstreckter, streifenförmiger, elektrisch voneinander getrennter erster Leiterbahnen 13e ausgebildet ist. Die ersten Leiterbahnen 13e sind zueinander parallel erstreckt und weisen jeweils einen Anschlussabschnitt 21e auf, der zu einer Verbindung der jeweiligen ersten Leiterbahn 13e mit der Sensorik 9 vorgesehen ist. Bei dieser Ausgestaltung ist die Sensorik 9 von Vorteil derart ausgestaltet, dass eine kollisionsbedingte Änderung des elektrischen Widerstands einer jeden der ersten Leiterbahnen 13e separat erfassbar ist. Die ersten Leiterbahnen 13e können sich je nach Orientierung im Wesentlichen über die gesamte Breite oder die gesamte Länge der Innenwandung der Oberschale erstrecken. Die ersten Leiterbahnen weisen - in Bezug auf die Zeichenebene der 10a - eine Breite von etwa 10mm auf. Diese Ausgestaltung ermöglicht es, eine Position der Berührung des Hindernisses H im Kollisionsfall näher einzugrenzen, sofern lediglich einzelne der ersten Leiterbahnen 13e gegenüber der zweiten Leitschicht 18d elektrisch kontaktiert werden. Sind die ersten Leiterbahnen 13e beispielsweise in Breitenrichtung der Oberschale 16d erstreckt, kann eine Längenposition der Berührung des Hindernisses an der Oberschale 16d ermittelt werden. Sind die ersten Leiterbahnen 13e stattdessen in Längenrichtung der Oberschale 16d erstreckt, kann eine Breitenposition ermittelt werden.
Die Ausführungsform gemäß 10b unterscheidet sich lediglich dahingehend von der Ausführungsform nach 10a, dass erste Leiterbahnen 13f vorgesehen sind, die gegenüber den ersten Leiterbahnen 13e eine geringere Breite von in etwa 3mm aufweisen. Auf diese Weise kann insbesondere eine höhere Auflösung der vorbeschriebenen Positionsermittlung erreicht werden.
Die Ausführungsform nach 11 sieht eine zweite Leitschicht vor, die in Gestalt einer mäanderförmigen zweiten Leiterbahn 18e ausgebildet und quer zu der ersten Leiterbahn 13d erstreckt ist. Anstelle der anhand 11 ersichtlichen um 90° gegeneinander verdrehten Anordnung der mäanderförmigen Leiterbahnen 13d und 18e ist beispielsweise auch eine um 45 oder 135° verdrehte Anordnung denkbar.
Die Ausführungsform nach 12a unterscheidet sich dahingehend von der Ausführungsform nach 10a, dass anstelle der vollflächig ausgebildeten zweiten Leitschicht 18d eine zweite Leitschicht in Gestalt einer Mehrzahl parallel erstreckter, streifenförmiger, elektrisch voneinander getrennter Leiterbahnen 18f vorgesehen ist. Die zweiten Leiterbahnen 18f sind quer zu den ersten Leiterbahnen 13e angeordnet. Jede der zweiten Leiterbahnen 18f ist mit einem Anschlussabschnitt 24f versehen. Die Anschlussabschnitte 24f sind zur elektrischen Verbindung der jeweiligen zweiten Leiterbahn 18f mit der Sensorik 9 vorgesehen. Bei dieser Ausführungsform ist die Sensorik 9 von Vorteil derart ausgestaltet, dass eine kollisionsbedingte Änderung des elektrischen Widerstandes einer jeden der ersten Leiterbahnen 13e und einer jeden der zweiten Leiterbahnen 18f separat erfassbar ist. Die ersten Leiterbahnen 13e und die zweiten Leiterbahnen 18f bilden durch die derartige, um 90° zueinander verdrehte Anordnung, eine Art Kontaktraster aus. Im Kollisionsfall kann daher ein Berührpunkt des Hindernisses H an der Oberschale 16d örtlich eingegrenzt werden, je nachdem, an welcher der ersten Leiterbahnen 13e und zweiten Leiterbahnen 18f eine Veränderung des jeweiligen elektrischen Widerstandes erfasst wird.
Die Ausführungsform nach 12b unterscheidet sich lediglich dahingehend von der Ausführungsform nach 12a, dass erste Leiterbahnen 13f und zweite Leiterbahnen 18g vorgesehen sind, die gegenüber den ersten Leiterbahnen 13e bzw. den zweiten Leiterbahnen 18f eine verringerte Streifenbreite aufweisen. Auf diese Weise kann eine verbesserte Positionsauflösung bei der Ermittlung eines Berührpunktes des Hindernisses H an der Oberschale 16d erreicht werden. Zudem kann dadurch eine möglichst lückenlose Kollisionsdetektion erreicht werden.
In gleicher Weise wie die Leiterbahn 13d nach 9 können die Leiterbahnen nach den 10a bis 12b zwecks der Detektion einer defektbedingten Widerstandsänderung jeweils mit einem zusätzlichen Anschlussabschnitt versehen sein.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

AT 561097 B1 [0002]

Claims

Schutzvorrichtung (1) für einen Industrieroboter (R) mit wenigstens einem Schutzelement, das als Hülle für einen Außenwandabschnitt (8) des Industrieroboters (R) vorgesehen ist, und einer dem Schutzelement zugeordneten Sensorik (9), die derart gestaltet ist, dass eine Kollision zwischen dem Schutzelement und einem Hindernis (H) erfassbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Schutzelement ein aus Kunststoff gefertigtes Formteil (7a-c) ist, das an wenigstens einer Wirkoberfläche eine erste elektrisch leitfähige Leitschicht (13a-f) aufweist, und die Sensorik (9) derart gestaltet ist, dass eine kollisionsbedingte Änderung des elektrischen Widerstands (R1) der ersten Leitschicht (13a-f) erfassbar ist.
Schutzvorrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Leitschicht (13a-f) mittels einer Beschichtung des Formteils (7a-c) mit einem elektrisch leitfähigen Material (14a-c), insbesondere mit Graphit, gebildet ist.
Schutzvorrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Formteil (7a-c) eine Werkstoffzusammensetzung (Wa, Wb, Wc, Vb) aufweist, die einen elektrisch leitfähigen Füllstoff (15a-c, 115b) beinhaltet, und die erste Leitschicht (13a-f) somit durch eine Werkstoffoberfläche des Formteils (7a-c) gebildet ist.
Schutzvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Formteil (7a-c) eine Werkstoffzusammensetzung (Wa, Wb, Wc, Vb) aufweist, die einen thermoplastischen Elastomer, insbesondere PE-EPDM, bevorzugt PP-EPDM, beinhaltet.
Schutzvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Formteil (7b, 7c) wenigstens zweischalig gestaltet ist und eine Oberschale (16b, 16c, 16d) und eine Unterschale (17b, 17c) aufweist.
Schutzvorrichtung (1) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberschale (16b, 16c, 16d) und die Unterschale (17b, 17c) voneinander abweichende Werkstoffzusammensetzungen (Wb, Vb, Wc) aufweisen.
Schutzvorrichtung (1) nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberschale (16b, 16c, 16d) und/oder die Unterschale (17b, 17c) weichelastisch ausgestaltet ist.
Schutzvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass eine zweite elektrisch leitfähige Leitschicht (18b-g) vorgesehen ist, wobei die erste Leitschicht (13b-f) und die zweite Leitschicht (18b-g) derart zwischen der Unterschale (17b, 17c) und der Oberschale (16b, 16c, 16d) einander gegenüberliegend angeordnet sind, dass die erste und die zweite Leitschicht bei einer Kollision des Formteils (7b, 7c) wenigstens abschnittsweise gegeneinander elektrisch kontaktierbar sind.
Schutzvorrichtung (1) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Leitschicht (13b-f) an einer Innenwandung der Oberschale (16b-d) ausgebildet ist und die zweite Leitschicht (18b-g) an einer der Oberschale (16b-d) zugewandten Innenwandung der Unterschale (17b, c) ausgebildet ist.
Schutzvorrichtung (1) Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Leitschicht in Gestalt einer, insbesondere mäanderförmigen, ersten Leiterbahn (13d) ausgebildet ist.
Schutzvorrichtung (1) nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Leitschicht in Gestalt einer Mehrzahl wenigstens abschnittsweise parallel erstreckter, insbesondere streifenförmiger, elektrisch voneinander getrennter erster Leiterbahnen (13e, 13f) ausgebildet ist.
Schutzvorrichtung (1) nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Leitschicht in Gestalt einer, insbesondere mäanderförmigen, zweiten Leiterbahn (18e) ausgebildet und quer zu der ersten Leiterbahn (13d, 13e) oder den ersten Leiterbahnen (13f) erstreckt ist.
Schutzvorrichtung (1) nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Leitschicht in Gestalt einer Mehrzahl wenigstens abschnittsweise parallel erstreckter, insbesondere streifenförmiger, elektrisch voneinander getrennter zweiter Leiterbahnen (18f, 18g), die quer zu der ersten Leiterbahn (13d, 13e) oder den ersten Leiterbahnen (13f) erstreckt sind, ausgebildet ist.
Schutzvorrichtung (1) nach dem Oberbegriff von Anspruch 1 oder nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Formteil ein Thermoform-Bauteil (7a-c), insbesondere ein Twin-Sheet-Bauteil (7b, 7c), ist.
Schutzvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Formteil (7c) einen luftdicht abgeschlossenen Hohlraum (19) aufweist und die Sensorik (9) derart gestaltet ist, dass eine kollisionsbedingte Änderung des Luftdrucks (P) in dem Hohlraum (19) erfassbar ist.
Schutzvorrichtung (1) nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Hohlraum (19) zwischen der Unterschale (17c) und der Oberschale (16c) ausgebildet ist, wobei diese luftdicht miteinander verbunden sind.
Schutzelement für eine Schutzvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Schutzelement in Gestalt eines aus Kunststoff gefertigten Formteils (7a-c) nach einem der vorhergehenden Ansprüche ausgebildet ist.