DE102019125957B4

DE102019125957B4 - Braking device for a robot manipulator

Info

Publication number: DE102019125957B4
Application number: DE102019125957.6A
Authority: DE
Inventors: Tim Rokahr; Andreas Spenninger
Original assignee: Franka Emika GmbH
Current assignee: Franka Emika GmbH
Priority date: 2019-09-26
Filing date: 2019-09-26
Publication date: 2021-04-29
Anticipated expiration: 2039-09-27
Also published as: DE102019125957A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Bremsvorrichtung (3) für einen Robotermanipulator (1), aufweisend einen von einer Steuereinheit (5) der Bremsvorrichtung (3) mittels elektrischer Spannung aktivierbaren Piezoaktuator (7), wobei der Piezoaktuator (7) bei Aktivierung einen geometrischen Hub erzeugt und den Hub auf eine Eingangsseite (9) einer mit dem Piezoaktuator (7) verbundenen mechanischen und/oder hydraulischen Hubeinheit (11) der Bremsvorrichtung (3) überträgt, wobei an der Ausgangsseite (13) der Hubeinheit (11) ein Sperrelement (15) angeordnet ist, das nur bei Aktivierung des Piezoaktuators (7) mit einem Drehelement (17) in Eingriff steht und das Drehelement (17) reibschlüssig auf einer Abtriebswelle (19) eines Motors angeordnet ist, wobei die Steuereinheit (5) dazu ausgeführt ist, für eine Notbremsung des Motors den Piezoaktuator (7) mit einer elektrischen Spannung zu aktivieren.The invention relates to a braking device (3) for a robot manipulator (1), comprising a piezo actuator (7) which can be activated by means of electrical voltage by a control unit (5) of the braking device (3), the piezo actuator (7) generating a geometric stroke when activated and transfers the stroke to an input side (9) of a mechanical and / or hydraulic lifting unit (11) of the braking device (3) connected to the piezo actuator (7), a locking element (15) being arranged on the output side (13) of the lifting unit (11) is that only when the piezo actuator (7) is activated with a rotary element (17) in engagement and the rotary element (17) is arranged frictionally on an output shaft (19) of a motor, the control unit (5) being designed for a Emergency braking of the motor to activate the piezo actuator (7) with an electrical voltage.

Description

Die Erfindung betrifft eine Bremsvorrichtung für einen Robotermanipulator, sowie einen Robotermanipulator mit einer solchen Bremsvorrichtung.The invention relates to a braking device for a robot manipulator and a robot manipulator with such a braking device.

Im Stand der Technik sind Robotermanipulatoren mit Bremsen bekannt.In the prior art, robot manipulators with brakes are known.

So betrifft die DE 10 2016 202 794 A1 eine Robotergelenkshaltebremse, aufweisend ein Bremsengehäuse, eine im Bremsengehäuse schwenkbar gelagerte erste Sperrklinke mit einem ersten Kopfabschnitt, ein im Bremsengehäuse drehbar gelagertes Zahnrad mit gleichmäßig über den Umfang verteilt angeordneten Zähnen, von denen je zwei benachbarte Zähne jeweils eine Lücke des Zahnrads begrenzen, eine erste Spannvorrichtung, die ausgebildet ist, die erste Sperrklinke gegen das Zahnrad zu schwenken, derart, dass der erste Kopfabschnitt in einer jeweiligen zugeordneten Eingriffs-Drehlage des Zahnrads in eine der Lücken eintaucht, um die Robotergelenkshaltebremse zu arretieren, sowie einen ersten Magnet, der ausgebildet ist, während seiner Aktivierung die erste Sperrklinke entgegen der Wirkung der ersten Spannvorrichtung außerhalb der Lücken des Zahnrads zu halten, um die Robotergelenkshaltebremse in ihrem freigegebenen Zustand zu halten, sowie mit einer im Bremsengehäuse schwenkbar gelagerten zweiten Sperrklinke mit einem zweiten Kopfabschnitt, und mit einer zweite Spannvorrichtung, die ausgebildet ist, die zweite Sperrklinke gegen das Zahnrad zu schwenken, derart, dass der zweite Kopfabschnitt in einer jeweiligen zugeordneten Eingriffs-Drehlage des Zahnrads in eine der Lücken eintaucht, um die Robotergelenkshaltebremse zu arretieren, wobei die erste Sperrklinke und die zweite Sperrklinke relativ zum Zahnrad derart schwenkbar im Bremsengehäuse gelagert sind, dass in einem arretierten Zustand der Robotergelenkshaltebremse nur die eine der beiden Sperrklinken mit ihrem Kopfabschnitt in die Lücke des Zahnrads eintaucht und der Kopfabschnitt der jeweils anderen Sperrklinke an einer Kopffläche eines Zahnes des Zahnrades ansteht.So affects the DE 10 2016 202 794 A1 a robot joint holding brake, comprising a brake housing, a first pawl pivotably mounted in the brake housing with a first head section, a gearwheel mounted rotatably in the brake housing with teeth evenly distributed over the circumference, of which two adjacent teeth each delimit a gap in the gearwheel, a first tensioning device , which is designed to pivot the first pawl against the gear, in such a way that the first head section in a respective associated rotational engagement position of the gear dips into one of the gaps in order to lock the robot joint holding brake, as well as a first magnet which is designed, to hold the first pawl during its activation against the action of the first tensioning device outside the gaps of the gear in order to keep the robot joint holding brake in its released state, as well as with a second pawl with a second head portion pivoted in the brake housing nitt, and with a second tensioning device which is designed to pivot the second pawl against the gear, in such a way that the second head section dips into one of the gaps in a respective associated rotational engagement position of the gear in order to lock the robot joint holding brake, the The first pawl and the second pawl are pivotably mounted in the brake housing relative to the gear wheel in such a way that in a locked state of the robot articulated holding brake only one of the two pawls with its head section dips into the gap of the gear wheel and the head section of the other pawl on a head surface of a tooth of the gear is pending.

Die DE 20 2016 001 163 U1 betrifft weiterhin einen Robotergelenkantrieb mit einem stationären Gehäuse, einem relativ zum stationären Gehäuse drehbaren Abtriebsteil, einem Elektroantriebsmotor zum Bewegen des Abtriebsteils und einer Feststellbremse für den Rotor des Elektroantriebsmotors, wobei die Feststellbremse einen den Elektroantriebsmotor bereichsweise umgreifenden Hebelarm, eine Vorspanneinrichtung zum Vorspannen des Hebelarms in Richtung des Elektroantriebsmotors und einen Aktuator zum Ablösen des Hebelarms von dem Elektroantriebsmotor umfasst, wobei die Feststellbremse weiter einen zweiten Hebelarm aufweist, wobei der erste Hebelarm und der zweite Hebelarm auf einander gegenüberliegenden Seiten des Elektroantriebsmotors schwenkbar angeordnet und von der Vorspanneinrichtung in Richtung des Elektroantriebsmotors vorgespannt sind.The DE 20 2016 001 163 U1 further relates to a robot joint drive with a stationary housing, an output part rotatable relative to the stationary housing, an electric drive motor for moving the output part and a parking brake for the rotor of the electric drive motor, the parking brake having a lever arm that partially encompasses the electric drive motor, a pretensioning device for pretensioning the lever arm in the direction of the electric drive motor and an actuator for releasing the lever arm from the electric drive motor, wherein the parking brake further comprises a second lever arm, wherein the first lever arm and the second lever arm are pivotably arranged on opposite sides of the electric drive motor and are pretensioned by the pretensioning device in the direction of the electric drive motor.

Die EP 3 152 014 B1 betrifft ein motorgetriebenes sicheres Gelenk zum Montieren zwischen einem ersten und einem zweiten Element eines Roboters mit humanoidem Charakter, das Folgendes umfasst: Einen Motor, der einen festen Teil zum Verbinden mit dem ersten Element und einen beweglichen Teil umfasst, der mit Bezug auf den festen Teil in Bewegung versetzt werden kann und zum Verbinden mit dem zweiten Element bestimmt ist, eine Bremse, die eine Kraft auf den beweglichen Teil des Motors durch Federwirkung ausüben kann, um die Bewegung des beweglichen Teils mit Bezug auf den festen Teil zu verhindern, einen Aktuator, der die Bremse gegen die Federwirkung bewegen kann, um den beweglichen Teil des Motors von der Kraft der Bremse freizusetzen und zuzulassen, dass der Motor den beweglichen Teil mit Bezug auf den festen Teil in Bewegung versetzt, wobei der Motor ein elektrischer Drehmotor ist, wobei der feste Teil einen Sockel umfasst und der bewegliche Teil eine Welle, die mit Bezug auf den Sockel in Drehung versetzt werden kann, und eine Glocke einstückig mit der Welle umfasst, und die Bremse einen Gleitschuh umfasst, der zwischen einer sicheren Position, in der der Gleitschuh in Kontakt mit der Glocke eine Kraft auf die Glocke ausübt, um die Rotation der Welle mit Bezug auf den Sockel durch Reibung zu verhindern, und einer Betriebsposition bewegt werden kann, in der der Gleitschuh von der Glocke getrennt ist und die Welle von der Kraft der Bremse freisetzt, und wobei die Glocke aus einem metallischen Material gebildet ist und eine im Wesentlichen zylindrische Form hat, und der Gleitschuh aus einem elastomeren Material gebildet und zum Kontaktieren der Glocke entlang einem radialen Abschnitt der Glocke konfiguriert ist.The EP 3 152 014 B1 relates to a motorized safe joint for mounting between a first and a second element of a robot of humanoid character, comprising: a motor comprising a fixed part for connection to the first element and a movable part related to the fixed part can be set in motion and is intended to be connected to the second element, a brake which can exert a force on the movable part of the motor by spring action to prevent the movement of the movable part with respect to the fixed part, an actuator, which can move the brake against the spring action to release the movable part of the motor from the force of the brake and allow the motor to set the movable part in motion with respect to the fixed part, the motor being a rotary electric motor, the fixed part comprises a base and the movable part comprises a shaft which is rotated with respect to the base zt, and comprises a bell integral with the shaft, and the brake comprises a sliding shoe, which between a safe position in which the sliding shoe in contact with the bell exerts a force on the bell to the rotation of the shaft with respect to to prevent the base by friction, and can be moved to an operating position in which the sliding shoe is separated from the bell and releases the shaft from the force of the brake, and wherein the bell is formed from a metallic material and has a substantially cylindrical shape , and the shoe is formed from an elastomeric material and configured to contact the bell along a radial portion of the bell.

Die US 2018/0 215 050 A1 betrifft eine weitere Gelenksanordnung für einen Roboter, aufweisend ein Gehäuse und ein Spannungswellengetriebe. Ferner betrifft die US 2002 / 0 043 950 A1 eine spezielle Knarrenvorrichtung. Die JP 2011- 251 057 A betrifft schließlich ein Untersützungs-Bauteil an einem menschlichen Körper.The US 2018/0 215 050 A1 relates to a further joint arrangement for a robot, comprising a housing and a voltage wave transmission. Furthermore, US 2002/043 950 A1 relates to a special ratchet device. JP 2011-251 057 A finally relates to a support component on a human body.

Für die Sicherheit beim Betrieb eines Robotermanipulators kann vorgesehen sein, dass eine Notbremsvorrichtung die Bewegung des Robotermanipulators innerhalb einer vordefinierten Zeit bis in den Stillstand abgebremst. Die US 2013 / 0 255 426 A1 und die EP 3 045 273 B1 betreffen in diesem Zusammenhang jeweils ein Gelenk für einen Roboter, das eine Sicherheitsbremse umfasst, wobei ein Schaltmagnet zur Aktivierung einer Bremse dient.For safety when operating a robot manipulator, it can be provided that an emergency braking device brakes the movement of the robot manipulator to a standstill within a predefined time. US 2013/0 255 426 A1 and the EP 3 045 273 B1 in this context each relate to a joint for a robot which comprises a safety brake, a switching magnet serving to activate a brake.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Bremsvorrichtung für einen Robotermanipulator bereitzustellen, die eine verbesserte Alternative zum aus dem Stand der Technik bekannten Schaltmagneten zur Aktivierung der Bremse aufweist.The object of the invention is to provide a braking device for a robot manipulator which has an improved alternative to the switching magnet known from the prior art for activating the brake.

Die Erfindung ergibt sich aus den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche. Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.The invention results from the features of the independent claims. Advantageous further developments and refinements are the subject matter of the dependent claims.

Ein erster Aspekt der Erfindung betrifft eine Bremsvorrichtung für einen Robotermanipulator, aufweisend einen von einer Steuereinheit der Bremsvorrichtung mittels elektrischer Spannung aktivierbaren Piezoaktuator, wobei der Piezoaktuator bei Aktivierung einen geometrischen Hub erzeugt und den Hub auf eine Eingangsseite einer mit dem Piezoaktuator verbundenen mechanischen und/oder hydraulischen Hubeinheit der Bremsvorrichtung zum Übertragen und/oder zum Verstärken und/oder zum Aufintegrieren des geometrischen Hubs an einer Ausgangsseite der Hubeinheit überträgt, wobei an der Ausgangsseite der Hubeinheit ein Sperrelement angeordnet ist, wobei das Sperrelement nur bei Aktivierung des Piezoaktuators mit einem Drehelement in Eingriff steht und das Drehelement reibschlüssig auf einer Abtriebswelle eines Motors zum Bereitstellen eines mechanischen Drehmoments zum Bewegen zweier Glieder des Robotermanipulators gegeneinander angeordnet ist, wobei die Reibung der reibschlüssigen Verbindung zwischen der Abtriebswelle und dem Drehelement so groß ist, dass sich im regulären Betrieb des Robotermanipulators das Drehelement mit der Abtriebswelle mitdreht und nur bei erzwungenem Festhalten des Drehelements gegenüber der Abtriebswelle die Abtriebswelle gegenüber dem Drehelement mit einer Gleitreibungskraft in einem vordefinierten Bereich rutscht, und wobei die Steuereinheit dazu ausgeführt ist, für eine Notbremsung des Motors den Piezoaktuator mit einer elektrischen Spannung zu aktivieren.A first aspect of the invention relates to a braking device for a robot manipulator, having a piezo actuator that can be activated by a control unit of the braking device by means of electrical voltage, the piezo actuator generating a geometric stroke when activated and the stroke being transferred to an input side of a mechanical and / or hydraulic actuator connected to the piezo actuator Lifting unit of the braking device for transmitting and / or amplifying and / or integrating the geometric lift on an output side of the lifting unit transmits, a locking element being arranged on the output side of the lifting unit, the locking element only being in engagement with a rotary element when the piezo actuator is activated and the rotary element is arranged frictionally on an output shaft of a motor for providing a mechanical torque for moving two members of the robot manipulator against one another, the friction of the frictional connection between hen the output shaft and the rotary element is so large that in regular operation of the robot manipulator the rotary element rotates with the output shaft and only when the rotary element is forced to be held against the output shaft, the output shaft slips against the rotary element with a sliding friction force in a predefined range, and the Control unit is designed to activate the piezo actuator with an electrical voltage for emergency braking of the motor.

Der Robotermanipulator weist bevorzugt eine Vielzahl von durch Gelenken miteinander verbundenen Gliedern auf. So können die Glieder gegeneinander bewegt werden und insbesondere ein Endeffektor am distalen Ende des Robotermanipulators an unterschiedliche Positionen im Raum geführt werden.The robot manipulator preferably has a plurality of links connected to one another by joints. In this way, the links can be moved towards one another and, in particular, an end effector at the distal end of the robot manipulator can be moved to different positions in space.

Ein Piezoaktuator nutzt in umgekehrter Weise die Eigenschaft eines piezoelektrischen Materials aus, nach der eine elastische Deformation eines Körpers aus piezoelektrischem Material eine elektrische Spannung erzeugt. So wird beim Aufbringen einer elektrischen Spannung reversibel eine wenn auch im Vergleich zum Durchmesser des piezoelektrischen Materials kleine Dehnung erzeugt. Bevorzugt ist der Piezoaktuator ein Stapel aus in Reihe geschalteten piezoelektrischen Platten. Weiterhin bevorzugt können die einzelnen Platten diamantförmig zueinander geschaltet sein oder entlang der Oberfläche einer gedachten Ellipse angeordnet sein, um den sonst kleinen Hub eines Piezoaktuators zu vergrößern.Conversely, a piezo actuator uses the property of a piezoelectric material, according to which an elastic deformation of a body made of piezoelectric material generates an electrical voltage. When an electrical voltage is applied, an expansion is reversibly generated, albeit a small one compared to the diameter of the piezoelectric material. The piezo actuator is preferably a stack of series-connected piezoelectric plates. Furthermore, the individual plates can preferably be connected to one another in a diamond shape or arranged along the surface of an imaginary ellipse in order to enlarge the otherwise small stroke of a piezo actuator.

Der Hub des Piezoaktuators wird insbesondere auf die hydraulische Hubeinheit übertragen. Die (hydraulische) Hubeinheit dient insbesondere dazu, den im Vergleich zur Ausdehnung des Piezoaktuators recht geringen Hub zu übertragen, vergrößern oder insbesondere wiederholte Hübe des Piezoaktuators aufzuintegrieren. Im Fall der direkten Verstärkung des Hubs, wird in Kauf genommen, dass sich die vom Piezoaktuator erzeugte Kraft im gleichen Maß verringert. So weist insbesondere die hydraulische Hubeinheit einen ersten Hubkolben und einen zweiten Hubkolben auf, wobei der erste Hubkolben einen größere Querschnittsfläche als der zweite Hubkolben aufweist und im Bereich der Eingangsseite der hydraulischen Hubeinheit angeordnet ist und wobei der zweite Hubkolben im Bereich der Ausgangsseite der hydraulischen Hubeinheit angeordnet ist. So erzeugt insbesondere ein Hub des Piezoaktuators schon bei geringem Hub an der Eingangsseite der hydraulischen Hubeinheit durch den großen Querschnitt eine hohe Verdrängung von Hydraulikflüssigkeit, wobei genau diese verdrängte Menge am zweiten Hubkolben für einen größeren Hub im Vergleich zum ersten Hubkolben durch den verringerten Querschnitt sorgt. Wirkt die Hubeinheit dagegen als Integrator, so werden wiederholte Hübe des Piezoaktuators zu einem Gesamthub mit einheitlicher Richtung aufintegriert. Mischungen aus beiden Formen sind möglich. Alternativ bevorzugt dient die Hubeinheit lediglich zum direkten Übertragen des Hubs.The stroke of the piezo actuator is transmitted in particular to the hydraulic lifting unit. The (hydraulic) lifting unit serves, in particular, to transmit the stroke, which is quite small compared to the expansion of the piezo actuator, to enlarge it or, in particular, to integrate repeated strokes of the piezo actuator. In the case of direct amplification of the stroke, it is accepted that the force generated by the piezo actuator is reduced to the same extent. In particular, the hydraulic lifting unit has a first lifting piston and a second lifting piston, the first lifting piston having a larger cross-sectional area than the second lifting piston and being arranged in the area of the input side of the hydraulic lifting unit and the second lifting piston being arranged in the area of the output side of the hydraulic lifting unit is. In particular, a stroke of the piezo actuator with a small stroke on the input side of the hydraulic lifting unit generates a high displacement of hydraulic fluid due to the large cross-section, with precisely this displaced quantity on the second reciprocating piston ensuring a larger stroke compared to the first reciprocating piston due to the reduced cross-section. If, on the other hand, the lifting unit acts as an integrator, repeated strokes of the piezo actuator are integrated to form a total stroke with a uniform direction. Mixtures of both forms are possible. Alternatively, the lifting unit is preferably used only for the direct transfer of the stroke.

Das Sperrelement ist bevorzugt ein Bolzen oder ein bolzenförmiges Element, der bzw. das dazu ausgeführt ist, dass Drehelement gegenüber dem Sperrelement zu fixieren, wenn das Sperrelement mit dem Drehelement in Eingriff steht, und eine Bewegung des Drehelements zusammen mit der Abtriebswelle des Motors unbeeinflusst zu lassen, wenn das Sperrelement vom Drehelement entfernt ist, das heißt mit diesem nicht in Eingriff steht. Das Drehelement ist mit der Abtriebswelle des Motors reibschlüssig verbunden, sodass es sich im regulären Betrieb mit der Abtriebswelle durch Haftreibungskraft an die Abtriebswelle gebunden mit der Abtriebswelle mitbewegt. Der Begriff des regulären Betriebs entspricht dabei dem Auslegungsfall des Robotermanipulators, das heißt, dass im regulären Betrieb keine Notsituation vorliegt, die das Aktivieren der Notbremse veranlasst. Nur dann, wenn das Drehelement insbesondere durch das Sperrelement zum Stillstand gezwungen wird, ist das Moment zwischen der Abtriebswelle und dem Drehelement so groß, dass die Haftreibungskraft zwischen dem Drehelement und der Abtriebswelle überwunden wird und in eine Gleitreibungskraft übergeht, das heißt, dass sich die Abtriebswelle gegenüber dem Drehelement aufgrund von Durchrutschen bewegt. Dieses hohe Drehmoment kommt dadurch zustande, dass der Drehimpuls des Motors zusammen mit der Abtriebswelle beim Festsetzen des Drehelements insbesondere durch das Sperrelement sich als Kraftstoß gegenüber dem Drehelement abbaut. Je höher das Trägheitsmoment und die Drehzahl des Motors zusammen mit der Abtriebswelle ist, umso höher ist dieser Drehimpuls und umso länger dauert es, bis der Motor in den Stillstand versetzt wird.The locking element is preferably a bolt or a bolt-shaped element which is designed to fix the rotating element with respect to the locking element when the locking element is in engagement with the rotating element, and a movement of the rotating element together with the output shaft of the motor is unaffected leave when the locking element is removed from the rotating element, that is, is not in engagement with this. The rotary element is frictionally connected to the output shaft of the motor, so that it moves with the output shaft in regular operation with the output shaft bound by static friction force on the output shaft. The term of regular operation corresponds to the design case of the robot manipulator, which means that in regular operation there is no emergency situation that causes the emergency brake to be activated. Only when the rotary element is forced to a standstill, in particular by the locking element, is the moment between the output shaft and the rotary element so great that the static friction force between the rotary element and the output shaft is overcome and changes into a sliding friction force, i.e. the Output shaft moved relative to the rotating element due to slipping. This high torque comes about because the angular momentum of the motor, together with the output shaft, when the rotating element is fixed, in particular by the locking element, is reduced as a force impulse with respect to the rotating element. The higher the moment of inertia and the speed of the motor together with the output shaft, the higher this angular momentum and the longer it takes for the motor to come to a standstill.

Das Stillsetzen des Motors zusammen mit der Abtriebswelle erfolgt dabei jedoch durch die sich einstellende Gleitreibungskraft mit einem begrenzten Moment. Es ist deshalb eine vorteilhafte Wirkung der Erfindung, dass eine Notbremsung eines Robotermanipulators mit einer unter Umständen sehr hohen aber klar definierten Bremskraft, nämlich der Gleitreibungskraft zwischen dem Drehelement und der Abtriebswelle beim Festsetzen des Drehelements erfolgt, während die Aktivierungsenergie zum Initiieren der Notbremsung durch die Benutzung des Piezoaktuators sehr gering bleibt. Der Piezoaktuator weist dabei gegenüber einem Schaltmagneten einige Vorteile auf, insbesondere der verringerte Bauraum des Piezoaktuators, die geringe notwendige Stromstärke, die sich naturgemäß beim Aufbringen einer Spannung auf den Piezoaktuator einstellt, sowie die hohe Bandbreite und die kurze Totzeit der Übertragungsfunktion von der elektrischen Spannung am Piezoaktuator auf den Hub des Piezoaktuators. Dies erlaubt eine besonders schnelle und energiearme Ansteuerung und daher das Auslösen einer Notbremsung des Robotermanipulators ohne unnötigen Zeitverlust.The motor is stopped together with the output shaft, however, due to the sliding friction force that sets in with a limited torque. It is therefore an advantageous effect of the invention that an emergency braking of a robot manipulator takes place with a possibly very high but clearly defined braking force, namely the sliding friction force between the rotating element and the output shaft when the rotating element is locked, while the activation energy for initiating the emergency braking is through use of the piezo actuator remains very low. The piezo actuator has a number of advantages over a switching magnet, in particular the reduced installation space of the piezo actuator, the low level of current required, which naturally occurs when a voltage is applied to the piezo actuator, as well as the high bandwidth and the short dead time of the transfer function from the electrical voltage on Piezo actuator on the stroke of the piezo actuator. This allows a particularly fast and low-energy control and therefore the triggering of an emergency braking of the robot manipulator without unnecessary loss of time.

Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform sind die Steuereinheit und der Piezoaktuator jeweils mit einem Energiespeicher verbunden, wobei der Energiespeicher dazu ausgeführt ist, im Falle eines Stromausfalls die Steuereinheit und den Piezoaktuator mit elektrischer Energie zu versorgen, wobei die Steuereinheit dazu ausgeführt ist, im Falle des Stromausfalls den Piezoaktuator zu aktivieren. Der Energiespeicher ist bevorzugt ein elektrischer Energiespeicher, insbesondere eine Batterie oder ein elektrischer Kondensator. Vorteilhaft wird dadurch sichergestellt, dass auch bei einem Stromausfall, das heißt sowohl einem Ausfall des elektrischen Netzes sowie der Elektrik am Robotermanipulator selbst, beispielsweise des Schaltschranks, die Steuereinheit sowie der Piezoaktuator weiterhin mit elektrischer Spannung versorgt werden, um die Notbremsung zuverlässig durchführen zu können.According to an advantageous embodiment, the control unit and the piezo actuator are each connected to an energy store, the energy store being designed to supply the control unit and the piezo actuator with electrical energy in the event of a power failure, the control unit being designed to supply the control unit and the piezo actuator in the event of a power failure Activate piezo actuator. The energy store is preferably an electrical energy store, in particular a battery or an electrical capacitor. This advantageously ensures that even in the event of a power failure, i.e. both the electrical network and the electrical system on the robot manipulator itself, for example the control cabinet, the control unit and the piezo actuator continue to be supplied with electrical voltage in order to be able to reliably perform the emergency braking.

Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft eine Bremsvorrichtung für einen Robotermanipulator, aufweisend einen von einer Steuereinheit der Bremsvorrichtung mittels elektrischer Spannung aktivierbaren Piezoaktuator, wobei der Piezoaktuator bei Aktivierung einen geometrischen Hub erzeugt und den Hub auf eine Eingangsseite einer mit dem Piezoaktuator verbundenen mechanischen und/oder hydraulischen Hubeinheit der Bremsvorrichtung zum Übertragen und/oder zum Verstärken und/oder zum Aufintegrieren des geometrischen Hubs an einer Ausgangsseite der Hubeinheit überträgt, wobei an der Ausgangsseite der Hubeinheit ein Sperrelement angeordnet ist, wobei das Sperrelement bei Aktivierung des Piezoaktuators von einem Drehelement entfernt ist und bei Deaktivierung mit dem Drehelement durch Schwerkraft oder durch Elastizität des Piezoaktuators oder durch ein Federelement getrieben mit dem Drehelement in Eingriff gebracht wird, wobei das Drehelement reibschlüssig auf einer Abtriebswelle eines Motors zum Bereitstellen eines mechanischen Drehmoments zum Bewegen zweier Glieder des Robotermanipulators gegeneinander angeordnet ist, wobei die Reibung der reibschlüssigen Verbindung zwischen der Abtriebswelle und dem Drehelement so groß ist, dass sich im regulären Betrieb des Robotermanipulators das Drehelement mit der Abtriebswelle mitdreht und nur bei erzwungenem Festhalten des Drehelements gegenüber der Abtriebswelle die Abtriebswelle gegenüber dem Drehelement mit einer Gleitreibungskraft in einem vordefinierten Bereich rutscht, und wobei die Steuereinheit dazu ausgeführt ist, den Piezoaktuator im regulären Betrieb mit einer elektrischen Spannung aktiviert zu halten.Another aspect of the invention relates to a braking device for a robot manipulator, having a piezo actuator that can be activated by a control unit of the braking device by means of electrical voltage, the piezo actuator generating a geometric stroke when activated and the stroke being applied to an input side of a mechanical and / or hydraulic actuator connected to the piezo actuator Lifting unit of the braking device for transferring and / or amplifying and / or integrating the geometric stroke on an output side of the lifting unit transmits, a locking element being arranged on the output side of the lifting unit, the locking element being removed from a rotary element when the piezo actuator is activated and at Deactivation is brought into engagement with the rotary element by gravity or by elasticity of the piezo actuator or driven by a spring element, the rotary element being frictionally engaged on an output shaft of a motor m providing a mechanical torque for moving two members of the robot manipulator against each other, the friction of the frictional connection between the output shaft and the rotary element is so great that the rotary element rotates with the output shaft during regular operation of the robot manipulator and only when the Rotary element relative to the output shaft, the output shaft slips against the rotary element with a sliding friction force in a predefined range, and the control unit is designed to keep the piezo actuator activated with an electrical voltage during regular operation.

Die Ausführungen zum ersten Aspekt der Erfindung gelten auch für diesen weiteren Aspekt der Erfindung. Im Unterschied zum ersten Aspekt der Erfindung, wonach das Aufbringen einer elektrischen Spannung am Piezoaktuator der Auslöser dafür ist, dass das Sperrelement in Eingriff mit dem Drehelement gebracht wird, ist dieser Aspekt der Erfindung gemäß dem sogenannten „fail-safe“ Prinzip ausgelegt, das heißt, dass gerade das Ausbleiben der elektrischen Spannung dafür verantwortlich ist, dass die Notbremsung am Robotermanipulator ausgelöst wird. Dies erfolgt vorteilhaft durch eine natürlich auftretende Gegenkraft, die das Sperrelement bei Ausbleiben der elektrischen Spannung am Piezoaktuator mit dem Drehelement in Eingriff bringt, wobei die Gegenkraft bevorzugt Schwerkraft ist, die auf das Sperrelement oder einen separat dazu angeordneten aber mit dem Sperrelement verbundenen Schwerkraftelement wirkt, oder eine mit dem Sperrelement verbundene Feder, die in Abwesenheit der elektrischen Spannung am Piezoaktuator sich entspannt, oder die Elastizität des Piezoaktuators selbst, der beim Ausbleiben der elektrischen Spannung von selbst in seine Ausgangsform zurückgeht und so das Sperrelement in Richtung des Drehelements führt. Vorteilhaft ist ferner ein Auslösemechanismus zwischen der Ausgangsseite der hydraulischen Hubeinheit und dem Sperrelement angeordnet, der ähnlich wie bei einer Armbrust beim „Auslösen“ das Sperrelement freigibt und so das Sperrelement durch die oben erwähnte Gegenkraft mit dem Drehelement in Eingriff kommt. Ein Vorteil dieses Aspekts der Erfindung ist, dass wenn durch Stromausfall oder einen elektrischen Fehler die elektrische Spannung am Piezoaktuator natürlicherweise ausbleibt, dies zur automatischen Auslösung der Notbremsung am Robotermanipulator führt.The statements relating to the first aspect of the invention also apply to this further aspect of the invention. In contrast to the first aspect of the invention, according to which the application of an electrical voltage to the piezo actuator is the trigger that the locking element is brought into engagement with the rotary element, this aspect of the invention is designed according to the so-called "fail-safe" principle, that is that it is precisely the absence of electrical voltage that is responsible for triggering the emergency braking on the robot manipulator. This is advantageously done by a naturally occurring counterforce, which brings the locking element into engagement with the rotary element when there is no electrical voltage on the piezo actuator, the counterforce preferably being gravity, which acts on the locking element or a gravity element arranged separately but connected to the locking element, or a spring connected to the locking element, which relaxes in the absence of electrical voltage on the piezo actuator, or the elasticity of the piezo actuator itself, which automatically returns to its original shape when the electrical voltage is absent and thus guides the locking element in the direction of the rotary element. A triggering mechanism is also advantageously arranged between the output side of the hydraulic lifting unit and the locking element, which, similar to a crossbow, releases the locking element when it is "triggered" and thus releases the locking element through the top mentioned counterforce comes into engagement with the rotary element. An advantage of this aspect of the invention is that if the electrical voltage on the piezo actuator naturally fails due to a power failure or an electrical fault, this leads to the automatic triggering of the emergency braking on the robot manipulator.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist die Ausgangsseite der Hubeinheit mit dem Sperrelement lösbar verbunden, wobei beim Übergang von der Aktivierung des Piezoaktuators zur Deaktivierung des Piezoaktuators die Verbindung zwischen der Ausgangsseite der Hubeinheit und dem Sperrelement getrennt wird. Durch Trennung der Ausgangsseite der hydraulischen Hubeinheit von dem Sperrbolzen wird dieser Sperrbolzen von Federkraft und/oder Schwerkraft in Richtung des Drehelements geführt und mit diesem in Eingriff gebracht. Vorteilhaft wird somit das Sperrelement mit gespeicherter Energie in das Drehelement geführt, wobei die Trägheit des Sperrelements alleine und ohne weitere Anbauten ein sehr schnelles Einführen des Sperrelements in das Drehelement erlaubt.According to a further advantageous embodiment, the output side of the lifting unit is releasably connected to the blocking element, the connection between the output side of the lifting unit and the blocking element being disconnected during the transition from activation of the piezo actuator to deactivation of the piezo actuator. By separating the output side of the hydraulic lifting unit from the locking pin, this locking pin is guided by spring force and / or gravity in the direction of the rotary element and is brought into engagement therewith. The locking element is thus advantageously guided into the rotating element with stored energy, the inertia of the locking element alone and without further attachments allowing the locking element to be inserted very quickly into the rotating element.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform weist das Drehelement eine Vielzahl von Aussparungen auf, wobei das Sperrelement durch Einfahren in eine der Aussparungen mit dem Drehelement in Eingriff kommt. Bevorzugt durchdringt der Sperrbolzen das Drehelement zumindest abschnittsweise, sodass eine formschlüssige Kraftübertragung zwischen dem Sperrbolzen und dem Drehelement besteht. Eine solche formschlüssige Kraftübertragung ist eine sehr zuverlässige Methode der Kraftübertragung, sodass vorteilhaft die Notbremsung sehr zuverlässig ausgeführt werden kann.According to a further advantageous embodiment, the rotary element has a plurality of recesses, the locking element engaging the rotary element by moving into one of the recesses. The locking bolt preferably penetrates the rotating element at least in sections, so that there is a positive force transmission between the locking bolt and the rotating element. Such a form-fitting power transmission is a very reliable method of power transmission, so that the emergency braking can advantageously be carried out very reliably.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist das Drehelement scheibenförmig und die Aussparungen durchdringen die Stirnflächen des Drehelements. Zur Beschreibung eines scheibenförmigen Drehelements werden näherungsweise die Notationen eines zylinderförmigen Objekts zur Beschreibung der Mantelflächen und der Stirnflächen verwendet. Die Stirnflächen liegen im Wesentlichen in einer Fläche, die durch die Radien des Drehelements definiert sind, wobei die Radien ausgehend von der Abtriebswelle des Motors zum Umfangsrand des Drehelements hin verlaufen. Gemäß dieser Ausführungsform durchdringen die Aussparungen zumindest teilweise das Drehelement in einer Richtung parallel zur Achse der Abtriebswelle des Motors. Vorteilhaft wird so auf kleinem Bauraum eine effektive Vorrichtung für eine Notbremsung des Robotermanipulators an zumindest einem Gelenk geschaffen.According to a further advantageous embodiment, the rotary element is disk-shaped and the recesses penetrate the end faces of the rotary element. To describe a disk-shaped rotary element, the notations of a cylindrical object are used approximately to describe the lateral surfaces and the end faces. The end faces lie essentially in a surface which is defined by the radii of the rotary element, the radii extending from the output shaft of the motor to the circumferential edge of the rotary element. According to this embodiment, the recesses at least partially penetrate the rotary element in a direction parallel to the axis of the output shaft of the motor. In this way, an effective device for emergency braking of the robot manipulator at at least one joint is advantageously created in a small installation space.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist das Drehelement scheibenförmig und die Aussparungen sind Einkerbungen der Mantelfläche des Drehelements. Wie bei einem Zahnrad verlaufen die Einkerbungen gemäß dieser Ausführungsform entlang eines Umfangs des scheibenförmigen Drehelements. Vorteilhaft wird hierdurch der größt mögliche Hebel gegenüber der Abtriebswelle des Motors genutzt.According to a further advantageous embodiment, the rotary element is disk-shaped and the recesses are notches in the outer surface of the rotary element. As in the case of a gear, the notches according to this embodiment run along a circumference of the disk-shaped rotary element. As a result, the greatest possible lever is advantageously used compared to the output shaft of the motor.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform sind die Aussparungen durch Ableitelemente miteinander verbunden und die Ableitelemente weisen eine auf der dem Sperrelement zugewandten Seite konvexe und/oder zu den Aussparungen jeweils hin laufende Oberflächenform auf, sodass das Sperrelement bei Aktivierung des Piezoaktuators auf zumindest eines der Ableitelemente trifft und von dem zumindest einen der Ableitelemente in eine der Aussparungen geführt wird. In dem Moment, in dem das Sperrelement in Richtung des Drehelements geführt wird und mit diesem in Eingriff gebracht wird, trifft das Sperrelement quasi zufällig auf eine Oberfläche des Drehelements. Um das Hineingleiten des Sperrelements durch eine der Aussparungen oder in eine der Aussparungen des Drehelements sicherzustellen, dienen die Ableitetelemente mit ihrer gegenüber der Bewegungsrichtung des Sperrelements geneigten Oberfläche, sodass das Sperrelement in die nächste oder eine der nächsten Aussparungen während der Drehbewegung des Drehelements hinein gleitet. Vorteilhaft wird somit ein möglichst schnelles und definiertes Einrasten des Sperrelements in einer der Aussparungen des Drehelements erreicht.According to a further advantageous embodiment, the recesses are connected to one another by diverting elements and the diverting elements have a surface shape that is convex on the side facing the blocking element and / or running towards the recesses, so that the blocking element strikes at least one of the diverting elements when the piezo actuator is activated and from which at least one of the diverting elements is guided into one of the recesses. At the moment in which the locking element is guided in the direction of the rotating element and is brought into engagement therewith, the locking element strikes a surface of the rotating element almost by chance. To ensure that the locking element slides through one of the recesses or into one of the recesses of the rotating element, the diverting elements are used with their surface inclined with respect to the direction of movement of the locking element, so that the locking element slides into the next or one of the next recesses during the rotary movement of the rotating element. A quick and defined engagement of the locking element in one of the recesses of the rotary element is thus advantageously achieved.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist die Steuereinheit dazu ausgeführt, den Piezoaktuator gepulst anzusteuern, wobei die Hubeinheit eine hydraulische ist und die hydraulische Hubeinheit zwei gegensätzliche Ventile aufweist, sodass durch die gepulste Ansteuerung des Piezoaktuators dieser einen zunehmenden und abnehmenden Hub über die Zeitdauer der gepulsten Ansteuerung erzeugt und die hydraulische Hubeinheit über die Zeitdauer der gepulsten Ansteuerung an ihrer Ausgangsseite einen monoton steigenden Hub erzeugt. Vorteilhaft erlaubt es diese Ausführungsform, dass der gegenüber den Abmessungen eines piezokeramischen Elements kleine Hub beim Anliegen einer elektrischen Spannung zu einem prinzipiell beliebig großen Hub an der Ausgangsseite der Hubeinheit umgewandelt werden kann, indem eine vorteilhafte Eigenschaft des Piezoaktuators ausgenutzt wird, nämlich dass dieser mit sehr hohen Frequenzen und kurzen Totzeiten ansteuerbar ist. Durch das wiederholte Aufbringen eines Hubs am Piezoaktuator kann unter Ausnutzung von bestimmten Eigenschaften und Bauelementen der hydraulischen Hubeinheit ein sehr großer Hub an der Ausgangsseite des hydraulischen Hubelements erzeugt werden. Der Piezoaktuator dient dabei als Kraftquelle der als Pumpe fungierenden hydraulischen Hubeinheit, wobei die Ausgangsseite dieser Pumpe der Ausgangsseite des hydraulischen Hubelements entspricht.According to a further advantageous embodiment, the control unit is designed to control the piezo actuator in a pulsed manner, the lifting unit being a hydraulic one and the hydraulic lifting unit having two opposing valves so that the pulsed control of the piezo actuator results in an increasing and decreasing stroke over the duration of the pulsed control and the hydraulic lifting unit generates a monotonically increasing stroke on its output side over the duration of the pulsed activation. This embodiment advantageously allows the stroke, which is small compared to the dimensions of a piezoceramic element, to be converted to a stroke of any size on the output side of the stroke unit when an electrical voltage is applied, by utilizing an advantageous property of the piezo actuator, namely that it is very large high frequencies and short dead times can be controlled. By repeatedly applying a stroke to the piezo actuator, using certain properties and components of the hydraulic lifting unit, a very large stroke can be generated on the output side of the hydraulic lifting element. The piezo actuator serves as a power source for the hydraulic lifting unit functioning as a pump, with the Output side of this pump corresponds to the output side of the hydraulic lifting element.

Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft einen Robotermanipulator mit einer Bremsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche.Another aspect of the invention relates to a robot manipulator with a braking device according to one of the preceding claims.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der - gegebenenfalls unter Bezug auf die Zeichnung - zumindest ein Ausführungsbeispiel im Einzelnen beschrieben ist. Gleiche, ähnliche und/oder funktionsgleiche Teile sind mit gleichen Bezugszeichen versehen.Further advantages, features and details emerge from the following description, in which at least one exemplary embodiment is described in detail - possibly with reference to the drawing. Identical, similar and / or functionally identical parts are provided with the same reference symbols.

Es zeigen:

1 einen Robotermanipulator mit einer Bremsvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung,
2 eine Bremsvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung,
3 eine Bremsvorrichtung gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung.

Show it:

1 a robot manipulator with a braking device according to an embodiment of the invention,
2 a braking device according to an embodiment of the invention,
3 a braking device according to a further embodiment of the invention.

Die Darstellungen in den Figuren sind schematisch und nicht maßstäblich.The representations in the figures are schematic and not to scale.

1 zeigt einen Robotermanipulator 1 mit einer jeweiligen Bremsvorrichtung 3 an jedem seiner Gelenke. De jeweilige Bremsvorrichtung 3 weist einen jeweiligen Piezoaktuator 7 auf, der jeweils von der zentralen Steuereinheit 5 des Robotermanipulators 1 ansteuerbar ist. Ausführungsbeispiele der Bremsvorrichtung 3 sind in der 2 und in der 3 gezeigt. Die zentrale Steuereinheit 5 und der jeweilige Piezoaktuator 7 sind mit einem Energiespeicher 27 verbunden. Der Energiespeicher 27 beliefert im Falle eines netztechnischen Stromausfalls die Steuereinheit 5 und den Piezoaktuator 7 mit elektrischer Energie. Die Steuereinheit 5 aktiviert unmittelbar nach Erkennung eines Stromausfalls den jeweiligen Piezoaktuator 7, um eine Notbremsung einzuleiten. Die Steuereinheit 5 steuert hierbei den Piezoaktuator 7 wiederholt gepulst an, wobei eine hydraulische Hubeinheit 11 der jeweiligen Bremsvorrichtung 3 zwei gegensätzlich laufende Ventile aufweist, sodass durch die gepulste Ansteuerung des Piezoaktuators 7 dieser einen zunehmenden und abnehmenden Hub über die Zeitdauer der gepulsten Ansteuerung erzeugt und die hydraulische Hubeinheit 11 über die Zeitdauer der gepulsten Ansteuerung an ihrer Ausgangsseite 13 einen monoton steigenden Hub erzeugt. 1 shows a robot manipulator 1 with a respective braking device 3 on each of its joints. De respective braking device 3 has a respective piezo actuator 7th on, each from the central control unit 5 of the robot manipulator 1 is controllable. Embodiments of the braking device 3 are in the 2 and in the 3 shown. The central control unit 5 and the respective piezo actuator 7th are with an energy storage 27 connected. The energy storage 27 supplies the control unit in the event of a power failure 5 and the piezo actuator 7th with electrical energy. The control unit 5 activates the respective piezo actuator immediately after a power failure is detected 7th to initiate emergency braking. The control unit 5 controls the piezo actuator 7th repeatedly pulsed, with a hydraulic lifting unit 11 the respective braking device 3 has two oppositely running valves, so that the pulsed control of the piezo actuator 7th this generates an increasing and decreasing stroke over the duration of the pulsed activation and the hydraulic lifting unit 11 over the duration of the pulsed activation on its output side 13th generates a monotonically increasing stroke.

2 zeigt eine Bremsvorrichtung 3 für einen Robotermanipulator 1 wie nach 1, aufweisend einen von einer Steuereinheit 5 der Bremsvorrichtung 3 mittels elektrischer Spannung aktivierbaren Piezoaktuator 7, wobei der Piezoaktuator 7 bei Aktivierung einen geometrischen Hub erzeugt und den Hub auf eine Eingangsseite 9 einer mit dem Piezoaktuator 7 verbundenen mechanischen und/oder hydraulischen Hubeinheit 11 der Bremsvorrichtung 3 zum Verstärken des geometrischen Hubs an einer Ausgangsseite 13 der Hubeinheit 11 überträgt. An der Ausgangsseite 13 der Hubeinheit 11 ist ein bolzenförmiges stählernes Sperrelement 15 angeordnet, wobei das Sperrelement 15 nur bei Aktivierung des Piezoaktuators 7 mit einem Drehelement 17 in Eingriff steht und das Drehelement 17 reibschlüssig auf einer Abtriebswelle 19 eines Motors zum Bereitstellen eines mechanischen Drehmoments zum Bewegen zweier Glieder des Robotermanipulators 1 gegeneinander angeordnet ist. Das Drehelement ist dabei scheibenförmig und weist eine Vielzahl von fächerförmigen Aussparungen 23 in der vorderen Stirnseite des Drehelements 17 auf, wobei das Sperrelement 15 durch Einfahren in eine der Aussparungen 23 mit dem Drehelement 17 in Eingriff kommt. Diese Aussparungen 23 sind durch Ableitelemente 25 miteinander verbunden, die jeweils zwei zu der dem Sperrelement 15 zugewandten Seite konvex ausgerichtete geneigte Oberflächen aufweisen, sodass das Sperrelement 15 bei Aktivierung des Piezoaktuators 7 auf zumindest eines der Ableitelemente 25 trifft und von dem zumindest einen der Ableitelemente 25 in eine der Aussparungen 23 geführt wird. Die reibschlüssige Verbindung zwischen der Abtriebswelle 19 und dem Drehelement 17 ist so bemessen, dass sich im regulären Betrieb des Robotermanipulators 1 das Drehelement 17 mit der Abtriebswelle 19 mitdreht und nur bei erzwungenem Festhalten des Drehelements 17 gegenüber derAbtriebswelle 19 die Abtriebswelle 19 gegenüber dem Drehelement 17 mit einer Gleitreibungskraft in einem vordefinierten Bereich rutscht, und wobei die Steuereinheit 5 dazu ausgeführt ist, für eine Notbremsung des Motors den Piezoaktuator 7 mit einer elektrischen Spannung zu aktivieren. 2 shows a braking device 3 for a robot manipulator 1 as after 1 , comprising one of a control unit 5 the braking device 3 Piezo actuator that can be activated by means of an electrical voltage 7th , the piezo actuator 7th when activated, a geometric hub is generated and the hub on an input side 9 one with the piezo actuator 7th connected mechanical and / or hydraulic lifting unit 11 the braking device 3 to reinforce the geometric stroke on an output side 13th the lifting unit 11 transmits. On the exit side 13th the lifting unit 11 is a bolt-shaped steel locking element 15th arranged, the locking element 15th only when the piezo actuator is activated 7th with a rotating element 17th is engaged and the rotary element 17th frictionally on an output shaft 19th a motor for providing mechanical torque to move two members of the robot manipulator 1 is arranged against one another. The rotary element is disk-shaped and has a large number of fan-shaped recesses 23 in the front face of the rotary element 17th on, the locking element 15th by driving into one of the recesses 23 with the rotating element 17th comes into engagement. These cutouts 23 are by discharge elements 25th connected to each other, each two to the locking element 15th facing side have convex inclined surfaces, so that the locking element 15th when activating the piezo actuator 7th on at least one of the discharge elements 25th meets and of the at least one of the discharge elements 25th into one of the recesses 23 to be led. The frictional connection between the output shaft 19th and the rotating element 17th is dimensioned so that in regular operation of the robot manipulator 1 the rotating element 17th with the output shaft 19th rotates and only when the rotating element is forcibly held 17th opposite the output shaft 19 is the output shaft 19th opposite the rotating element 17th with a sliding friction force in a predefined range, and the control unit 5 is designed to use the piezo actuator for emergency braking of the motor 7th to activate with an electrical voltage.

3 zeigt eine weitere beispielhafte Bremsvorrichtung 3 für einen Robotermanipulator 1, aufweisend einen von einer Steuereinheit 5 der Bremsvorrichtung 3 mittels elektrischer Spannung aktivierbaren Piezoaktuator 7, wobei der Piezoaktuator 7 bei Aktivierung einen geometrischen Hub erzeugt und den Hub auf eine Eingangsseite 9 einer mit dem Piezoaktuator 7 verbundenen mechanischen und/oder hydraulischen Hubeinheit 11 der Bremsvorrichtung 3 zum Verstärken des geometrischen Hubs an einer Ausgangsseite 13 der Hubeinheit 11 überträgt, wobei an der Ausgangsseite 13 der Hubeinheit 11 ein Sperrelement 15 angeordnet ist, wobei das Sperrelement 15 bei Aktivierung des Piezoaktuators 7 von einem Drehelement 17 entfernt ist und bei Deaktivierung mit dem Drehelement 17 durch eine Spiralfeder 21 aus Federstahl getrieben mit dem Drehelement 17 in Eingriff gebracht wird. Die Ausgangsseite 13 der Hubeinheit 11 ist mit dem Sperrelement 15 lösbar verbunden, wobei beim Übergang von der Aktivierung des Piezoaktuators 7 zur Deaktivierung des Piezoaktuators 7 die Verbindung zwischen der Ausgangsseite 13 der Hubeinheit 11 und dem Sperrelement 15 getrennt wird. Das Drehelement 17 ist scheibenförmig und die Aussparungen 23 sind gefräste durchgängige Schlitze der Stirnflächen des Drehelements 17. Das Drehelement 17 ist ferner reibschlüssig auf einer Abtriebswelle 19 eines Motors zum Bereitstellen eines mechanischen Drehmoments zum Bewegen zweier Glieder des Robotermanipulators 1 gegeneinander angeordnet, wobei die reibschlüssige Verbindung zwischen der Abtriebswelle 19 und dem Drehelement 17 derart durch Anpassung der Durchmesser aufeinander und/oder Einbringen eines O-Rings zwischen dem Drehelement 17 und der Abtriebswelle 19 so gewählt wird, dass sich im regulären Betrieb des Robotermanipulators 1 das Drehelement 17 mit der Abtriebswelle 19 mitdreht und nur bei erzwungenem Festhalten des Drehelements 17 gegenüber der Abtriebswelle 19 die Abtriebswelle 19 gegenüber dem Drehelement 17 mit einer Gleitreibungskraft in einem vordefinierten Bereich rutscht, und wobei die Steuereinheit 5 dazu ausgeführt ist, den Piezoaktuator 7 im regulären Betrieb mit einer elektrischen Spannung aktiviert zu halten. 3 shows another exemplary braking device 3 for a robot manipulator 1 , comprising one of a control unit 5 the braking device 3 Piezo actuator that can be activated by means of an electrical voltage 7th , the piezo actuator 7th when activated, a geometric hub is generated and the hub on an input side 9 one with the piezo actuator 7th connected mechanical and / or hydraulic lifting unit 11 the braking device 3 to reinforce the geometric stroke on an output side 13th the lifting unit 11 transmits, with on the output side 13th the lifting unit 11 a locking element 15th is arranged, the locking element 15th when activating the piezo actuator 7th from a rotating element 17th is removed and when deactivated with the rotary element 17th by a spiral spring 21 made of spring steel driven with the rotating element 17th is engaged. The starting page 13th the lifting unit 11 is with the locking element 15th releasably connected, with the transition from the activation of the piezo actuator 7th to deactivate the piezo actuator 7th the connection between the output side 13th the lifting unit 11 and the locking element 15th is separated. The rotating element 17th is disc-shaped and the recesses 23 are milled, continuous slots on the end faces of the rotating element 17th . The rotating element 17th is also frictionally engaged on an output shaft 19th a motor for providing mechanical torque to move two members of the robot manipulator 1 arranged against one another, the frictional connection between the output shaft 19th and the rotating element 17th by adapting the diameters to one another and / or introducing an O-ring between the rotating element 17th and the output shaft 19th is chosen so that in regular operation of the robot manipulator 1 the rotating element 17th with the output shaft 19th rotates and only when the rotating element is forcibly held 17th opposite the output shaft 19th the output shaft 19th opposite the rotating element 17th with a sliding friction force in a predefined range, and the control unit 5 is designed for this purpose, the piezo actuator 7th to keep activated in regular operation with an electrical voltage.

Obwohl die Erfindung im Detail durch bevorzugte Ausführungsbeispiele näher illustriert und erläutert wurde, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele eingeschränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen. Es ist daher klar, dass eine Vielzahl von Variationsmöglichkeiten existiert. Es ist ebenfalls klar, dass beispielhaft genannte Ausführungsformen wirklich nur Beispiele darstellen, die nicht in irgendeiner Weise als Begrenzung etwa des Schutzbereichs, der Anwendungsmöglichkeiten oder der Konfiguration der Erfindung aufzufassen sind. Vielmehr versetzen die vorhergehende Beschreibung und die Figurenbeschreibung den Fachmann in die Lage, die beispielhaften Ausführungsformen konkret umzusetzen, wobei der Fachmann in Kenntnis des offenbarten Erfindungsgedankens vielfältige Änderungen, beispielsweise hinsichtlich der Funktion oder der Anordnung einzelner, in einer beispielhaften Ausführungsform genannter Elemente, vornehmen kann, ohne den Schutzbereich zu verlassen, der durch die Ansprüche und deren rechtliche Entsprechungen, wie etwa weitergehende Erläuterungen in der Beschreibung, definiert wird.Although the invention has been illustrated and explained in more detail by preferred exemplary embodiments, the invention is not restricted by the disclosed examples and other variations can be derived therefrom by the person skilled in the art without departing from the scope of protection of the invention. It is therefore clear that there is a multitude of possible variations. It is also clear that embodiments cited by way of example really only represent examples that are not to be interpreted in any way as a limitation, for example, of the scope of protection, the possible applications or the configuration of the invention. Rather, the preceding description and the description of the figures enable the person skilled in the art to implement the exemplary embodiments in concrete terms, whereby the person skilled in the art, with knowledge of the disclosed inventive concept, can make various changes, for example with regard to the function or the arrangement of individual elements mentioned in an exemplary embodiment, without leaving the scope of protection which is defined by the claims and their legal equivalents, such as further explanations in the description.

BezugszeichenlisteList of reference symbols

11: RobotermanipulatorRobotic manipulator
33: BremsvorrichtungBraking device
55: SteuereinheitControl unit
77th: PiezoaktuatorPiezo actuator
99: EingangsseiteEntry page
1111: HubeinheitLifting unit
1313th: AusgangsseiteExit page
1515th: SperrelementLocking element
1717th: DrehelementRotary element
1919th: AbtriebswelleOutput shaft
2121: FederelementSpring element
2323: AussparungenRecesses
2525th: AbleitelementeDischarge elements
2727: EnergiespeicherEnergy storage

Claims

Braking device (3) for a robot manipulator (1), comprising a piezo actuator (7) which can be activated by means of electrical voltage by a control unit (5) of the braking device (3), the piezo actuator (7) generating a geometric stroke when activated and the stroke being set to a Input side (9) of a mechanical and / or hydraulic lifting unit (11) of the braking device (3) connected to the piezo actuator (7) for transferring and / or amplifying and / or integrating the geometric stroke on an output side (13) of the lifting unit ( 11) transmits, with a locking element (15) being arranged on the output side (13) of the lifting unit (11), the locking element (15) only being in engagement with a rotating element (17) when the piezo actuator (7) is activated, and the rotating element (17) is arranged frictionally on an output shaft (19) of a motor for providing a mechanical torque for moving two members of the robot manipulator (1) against one another, wherein the friction of the frictional connection between the output shaft (19) and the rotary element (17) is so great that the rotary element (17) rotates with the output shaft (19) during regular operation of the robot manipulator (1) and only when the rotary element is forcibly held (17) with respect to the output shaft (19), the output shaft (19) slips with respect to the rotary element (17) with a sliding friction force in a predefined range, and the control unit (5) is designed to use the piezo actuator (7) for emergency braking of the motor to activate with an electrical voltage.

Braking device (3) after Claim 1 , wherein the control unit (5) and the piezo actuator (7) are each connected to an energy store (27), wherein the energy store (27) is designed to, in the event of a power failure, the control unit (5) and the piezo actuator (7) with electrical To supply energy and wherein the control unit (5) is designed to activate the piezo actuator (7) in the event of a power failure.

Braking device (3) for a robot manipulator (1), comprising a piezo actuator (7) which can be activated by means of electrical voltage by a control unit (5) of the braking device (3), the piezo actuator (7) generating a geometric stroke when activated and the stroke being set to a Input side (9) of a mechanical and / or hydraulic lifting unit (11) of the braking device (3) connected to the piezo actuator (7) for transferring and / or amplifying and / or integrating the geometric stroke on an output side (13) of the lifting unit ( 11) transmits, with a locking element (15) being arranged on the output side (13) of the lifting unit (11), the locking element (15) being removed from a rotary element (17) when the piezo actuator (7) is activated and with the The rotary element (17) is brought into engagement with the rotary element (17) by gravity or by the elasticity of the piezo actuator (7) or driven by a spring element (21), the rotary element (1 7) is arranged frictionally on an output shaft (19) of a motor for providing a mechanical torque for moving two members of the robot manipulator (1) against each other, the friction of the frictional connection between the output shaft (19) and the rotary element (17) being so great that during regular operation of the robot manipulator (1) the rotary element (17) rotates with the output shaft (19) and only when the rotary element (17) is forcibly held against the output shaft (19) does the output shaft (19) rotate with respect to the rotary element (17) slips with a sliding friction force in a predefined range, and wherein the control unit (5) is designed to keep the piezo actuator (7) activated with an electrical voltage during regular operation.

Braking device (3) after Claim 3 , wherein the output side (13) of the lifting unit (11) is detachably connected to the locking element (15), the connection between the output side (13) of the lifting unit during the transition from the activation of the piezo actuator (7) to the deactivation of the piezo actuator (7) (11) and the locking element (15) is separated.

Braking device (3) according to one of the preceding claims, wherein the rotary element (17) has a plurality of recesses (23), the locking element (15) engaging with the rotary element (17) by moving into one of the recesses (23).

Braking device (3) after Claim 5 wherein the rotary element (17) is disk-shaped and the recesses (23) penetrate the end faces of the rotary element (17).

Braking device (3) after Claim 6 , wherein the rotary element (17) is disk-shaped and the recesses (23) are notches in the outer surface of the rotary element (17).

Braking device (3) according to one of the Claims 5 to 7th , wherein the recesses (23) are connected to one another by diverting elements (25) and the diverting elements (25) have a surface shape that is convex on the side facing the locking element (15) and / or running towards the recesses (23), so that the locking element (15) upon activation of the piezo actuator (7) strikes at least one of the diverting elements (25) and by which at least one of the diverting elements (25) is guided into one of the recesses (23).

Braking device (3) according to one of the preceding claims, wherein the control unit (5) is designed to control the piezo actuator (7) in a pulsed manner, the lifting unit (11) being hydraulic and the hydraulic lifting unit (11) having two opposing valves, so that the pulsed control of the piezo actuator (7) generates an increasing and decreasing stroke over the period of the pulsed control and the hydraulic lifting unit (11) generates a monotonically increasing stroke on its output side (13) over the period of the pulsed control.

. Robot manipulator (1) with a braking device (3) according to one of the preceding claims.