DE102020004747A1

DE102020004747A1 - Collision protection for a handling device

Info

Publication number: DE102020004747A1
Application number: DE102020004747.5A
Authority: DE
Inventors: Martin Seckler
Original assignee: Daimler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2020-08-05
Filing date: 2020-08-05
Publication date: 2022-02-10

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Auffahrsicherung (6) für eine entgegen der Richtung der Schwerkraft (g) verlaufende Z-Achse (z) eines Handhabungsgeräts (1) mit einer Sensorik (10, 11), die dazu eingerichtet ist, eine Verschiebung einer Referenzmarke (11) entlang oder entgegen der Achsrichtung (z) zu erkennen Die erfindungsgemäße Auffahrsicherung ist dadurch gekennzeichnet, dass eine Einrichtung (13) zum Aufbringen einer entgegen der Schwerkraft (g) gerichteten Gegenkraft in Achsrichtung (z) vorgesehen ist, und dass eine Stelleinrichtung (14) zur Beeinflussung der Größe der Gegenkraft vorgesehen ist. Verfahrensgemäß wird die Gegenkraft so eingestellt, dass sie einen großen Teil der Gewichtskraft kompensiert. Die bevorzugte Verwendung liegt in der Handhabung von Hochvolt-Batterien, insbesondere von Traktionsbatterien für Fahrzeuge.The invention relates to an anti-collision device (6) for a Z-axis (z) of a handling device (1) running counter to the direction of gravity (g), with a sensor system (10, 11) which is set up to detect a displacement of a reference mark (11 ) can be seen along or against the axial direction (z). The collision protection according to the invention is characterized in that a device (13) for applying a counterforce directed against the force of gravity (g) is provided in the axial direction (z), and that an adjusting device (14) is provided to influence the size of the counterforce. According to the method, the counterforce is set in such a way that it compensates for a large part of the weight. The preferred use is in the handling of high-voltage batteries, in particular traction batteries for vehicles.

Description

Die Erfindung betrifft eine Auffahrsicherung für eine entgegen der Richtung der Schwerkraft verlaufende Z-Achse eines Handhabungsgeräts, nach der im Oberbegriff von Anspruch 1 näher definierten Art. Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Betreiben einer derartigen Auffahrsicherung nach der im Oberbegriff von Anspruch 6 näher definierten Art. Außerdem betrifft die Erfindung die besonders bevorzugte Verwendung der Auffahrsicherung und/oder des Verfahrens.The invention relates to an anti-collision device for a Z-axis of a handling device running counter to the direction of gravity, according to the type defined in more detail in the preamble of claim 1. The invention also relates to a method for operating such an anti-collision device according to the type defined in more detail in the preamble of claim 6 Art. The invention also relates to the particularly preferred use of the anti-collision device and/or the method.

Im Bereich des Werkzeug-Maschinenbaus sind Auffahrsicherungen für Handhabungsgeräte bzw. Roboter aus dem allgemeinen Stand der Technik bekannt. Die solchen Sicherungsmechanismen zugrundeliegende Überlegung ist die, dass aufgrund einer fehlerhaften Programmierung oder eines an unerwarteter Stelle stehenden Werkstücks, beispielsweise eines von seinem Platz nicht entfernten Werkstücks, eine Kollisionsgefahr zwischen einem über das Handhabungsgerät herangeführten weiteren Werkstück und diesem Hindernis besteht. Dies kann z.B. aufgrund einer fehlerhaften Programmierung auch das Handhabungsgerät bzw. einen Greifer desselben alleine betreffen, welcher statt ein Werkstück zu greifen mit diesem kollidiert. Je nach Werkstücken und verarbeiteten Materialien kann eine solche Kollision zu unterschiedlichen Problemen und Schäden führen.Collision protection devices for handling devices or robots are known from the general state of the art in the field of machine tool construction. The underlying consideration of such safety mechanisms is that there is a risk of collision between another workpiece brought in via the handling device and this obstacle due to incorrect programming or a workpiece in an unexpected place, for example a workpiece that has not been removed from its place. This can also affect the handling device or a gripper alone, e.g. due to incorrect programming, which collides with a workpiece instead of gripping it. Depending on the workpieces and processed materials, such a collision can lead to various problems and damage.

Beispielsweise kann bei einer Handhabung von Hochvolt-Batterien, wie sie insbesondere als Traktionsbatterien in Fahrzeugen eingesetzt werden, neben einer Beschädigung der Batterie eine dadurch ausgelöste chemische Reaktion entstehen, welche zu einem Brand führen kann, was insbesondere bei der Handhabung von Lithium-Ionen-Batterien ein erhebliches Sicherheitsrisiko darstellt.For example, when handling high-voltage batteries, such as those used in particular as traction batteries in vehicles, in addition to damaging the battery, this can result in a chemical reaction that can lead to a fire, which is particularly the case when handling lithium-ion batteries represents a significant security risk.

Die klassischen Auffahrsicherungen, welche so aus dem allgemeinen Stand der Technik bekannt sind, verfügen daher typischerweise über eine Sensorik, die dazu eingerichtet ist, eine Verschiebung einer Referenzmarke entlang der Achsrichtung, in welcher sich das Handhabungsgerät bewegt, zu erkennen. Im Falle eines Auffahrens kommt es dann zu einer Verschiebung der Referenzmarke beispielsweise gegenüber der Sensorik oder gegenüber einer Soll-Position derselben, welche durch die Sensorik erfasst wird. In diesem Fall kann die Steuerung des Handhabungsgeräts das entsprechende Signal auswerten und die Fahrbewegung sofort stoppen. Die Auffahrsicherung selbst enthält dabei eine mechanische Einheit, die, wenn sie eine Gegenkraft bzw. ein Gegenmoment erfährt, nachgeben kann, ohne dass der angrenzende Maschinenaufbau oder die Werkstücke dabei Verspannungen oder Verformungen erfahren, sofern dies sich konstruktiv realisieren lässt. Damit entsteht eine geringe zur Verfügung stehende Strecke für eine Relativbewegung zwischen dem Aufprall und der ausgeführten Stoppbewegung, innerhalb welcher der Stillstand des Handhabungsgeräts erreicht werden muss, um einer Beschädigung entgegen zu wirken. Entsprechende Vorgaben für Auffahrsicherungen werden in der Praxis bei Robotern, Portalen und anderen Handhabungsgeräten generell berücksichtigt.The classic anti-collision devices, which are known from the general state of the art, therefore typically have a sensor system that is set up to detect a displacement of a reference mark along the axial direction in which the manipulator is moving. In the event of a collision, the reference mark is then displaced, for example in relation to the sensor system or in relation to a target position of the same, which is detected by the sensor system. In this case, the control of the handling device can evaluate the corresponding signal and stop the movement immediately. The anti-collision device itself contains a mechanical unit which, when subjected to a counterforce or counter-torque, can give way without the adjacent machine structure or the workpieces experiencing tension or deformation, provided this can be implemented constructively. This results in a small distance available for a relative movement between the impact and the stopping movement carried out, within which the handling device must come to a standstill in order to counteract damage. Corresponding specifications for collision protection are generally taken into account in practice for robots, portals and other handling devices.

Aus dem Stand der Technik bezüglich Fahrzeugen sind Vorrichtungen zum absorbieren von Aufprallenergie grundlegend bekannt. In diesem Zusammenhang kann zum weiter entfernt liegenden allgemeinen Stand der Technik beispielhaft auf die DE 103 45 749 A1 hingewiesen werden.Devices for absorbing impact energy are fundamentally known from the prior art relating to vehicles. In this context, the general prior art that is further away can be referred to as an example DE 103 45 749 A1 be advised.

In der Praxis hat sich nun bei derartigen Auffahrsicherungen gezeigt, dass diese relativ schnell an ihre Grenzen stoßen, wenn die Bewegungsrichtung eine entgegen der Richtung der Schwerkraft verlaufende Bewegung in Richtung der typischerweise als Z-Achse bezeichneten Achse ist, und wenn gleichzeitig ein Greifer und ein gegebenenfalls durch das Handhabungsgerät bewegtes Werkstück eine relativ große Masse aufweisen. Zusätzlich zur Kraft des Aufpralls muss dann, bis es zu einer Bewegung der Referenzmarke kommt, die Gewichtskraft mit überwunden werden, was zu einem sehr späten Ansprechen der Steuerung und damit einem sehr späten Stoppen der Bewegung führt. Bei derartigen Anwendungen wirkt die Auffahrsicherung damit im Allgemeinen nicht in der gewünschten Art. Nun ist es so, dass Traktionsbatterien für Elektrofahrzeuge typischerweise sehr schwer sind. Beispielsweise wiegt die Traktionsbatterie für einen großen Personenkraftwagen derzeit in etwa 700 kg, hat also eine Gewichtskraft von ca. 7000 N. Um eine solche schwere Batterie bewegen zu können, ist ein entsprechend stabiler Greifer notwendig, welcher dann seinerseits nochmals eine Masse von 200 bis 300 kg aufweist. In Summe liegen hier also bis zu 1000 kg bzw. eine Gewichtskraft von ca. 10.000 N vor. Herkömmliche Auffahrsicherungen sind nicht in der Lage, im Falle von solch großen Kräften ein ausreichend schnelles Stoppen der Bewegung eines Handhabungsgeräts zu ermöglichen.In practice, it has now been shown with such collision safety devices that they quickly reach their limits when the direction of movement is a movement running counter to the direction of gravity in the direction of the axis typically referred to as the Z-axis, and when a gripper and a possibly moved by the handling device workpiece have a relatively large mass. In addition to the force of the impact, the weight must also be overcome before the reference mark moves, which leads to a very late response of the control and thus to a very late stopping of the movement. In such applications, the anti-collision device generally does not work in the desired way. Traction batteries for electric vehicles are typically very heavy. For example, the traction battery for a large passenger car currently weighs around 700 kg, i.e. has a weight of approx. 7000 N. In order to be able to move such a heavy battery, a correspondingly stable gripper is required, which in turn has a mass of 200 to 300 kg. In total, there are up to 1000 kg or a weight of approx. 10,000 N. Conventional anti-collision devices are not able to stop the movement of a handling device quickly enough in the event of such large forces.

Es ist daher die Aufgabe der hier vorliegenden Erfindung, eine verbesserte Auffahrsicherung anzugeben, welche die oben genannten Nachteile vermeidet. Außerdem ist es die Aufgabe der hier vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum Betreiben einer derartigen Auffahrsicherung anzugeben. Ferner soll eine besonders bevorzugte Verwendung für die Auffahrsicherung bzw. das Verfahren angegeben werden.It is therefore the object of the present invention to specify an improved anti-collision device which avoids the disadvantages mentioned above. In addition, it is the object of the present invention to specify a method for operating such an anti-collision device. Furthermore, a particularly preferred use for the anti-collision device or the method is to be specified.

Erfindungsgemäß werden diese Aufgaben durch eine Auffahrsicherung mit den Merkmalen im Anspruch 1, und hier insbesondere im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1, gelöst. Ein Verfahren gemäß Anspruch 6, und auch hier insbesondere wieder mit den Merkmalen im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 6, löst die Aufgabe ebenfalls. Ferner ist im Anspruch 9 eine besonders bevorzugte Verwendung der Auffahrsicherung und des Verfahrens angegeben. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Auffahrsicherung, des Verfahrens und der Verwendung ergeben sich dabei aus den jeweils abhängigen Unteransprüchen.According to the invention, these tasks are achieved by a collision protection with the features in Claim 1, and here in particular in the characterizing part of claim 1, solved. A method according to claim 6, and again in particular with the features in the characterizing part of claim 6, also solves the problem. Furthermore, claim 9 specifies a particularly preferred use of the anti-collision device and the method. Advantageous configurations and developments of the anti-collision device, the method and the use result from the respective dependent subclaims.

Die erfindungsgemäße Auffahrsicherung umfasst ergänzend zu der prinzipiell aus dem Stand der Technik bekannten Auffahrsicherung erfindungsgemäß eine Einrichtung zum Aufbringen einer entgegen der Schwerkraft gerichteten Gegenkraft in Achsrichtung. Außerdem ist eine Stelleinrichtung zur Beeinflussung der Größe der Gegenkraft vorgesehen. Durch diese Einrichtung zum Aufbringen einer Gegenkraft wird über die Stelleinrichtung einstellbar ein Teil der Schwerkraft des Handhabungsgeräts sowie des von ihm gegebenenfalls transportierten Werkstücks ausgeglichen.The anti-collision device according to the invention comprises, in addition to the anti-collision device known in principle from the prior art, a device according to the invention for applying a counterforce directed against gravity in the axial direction. In addition, an adjusting device for influencing the magnitude of the counterforce is provided. This device for applying a counterforce adjustably compensates for part of the gravitational force of the handling device and of the workpiece that may be transported by it via the actuating device.

Das erfindungsgemäße Verfahren sieht es dementsprechend vor, dass die Gegenkraft so eingestellt wird, dass eine resultierende Kraft aus einer Gewichtskraft eines Greifers sowie gegebenenfalls eines vorhandenen Werkstücks und der Gegenkraft in Richtung der Schwerkraft gerichtet aber kleiner als die Gewichtskraft ist. Die Gegenkraft wird also so eingestellt, dass ein Teil der Gewichtskraft kompensiert wird.Accordingly, the method according to the invention provides that the counterforce is set such that a force resulting from a weight of a gripper and possibly an existing workpiece and the counterforce is directed in the direction of gravity but is smaller than the weight. The counterforce is therefore set in such a way that part of the weight force is compensated.

Die erfindungsgemäße Auffahrsicherung kann also, insbesondere zusammen mit dem erfindungsgemäßen Verfahren, so genutzt werden, dass die Gewichtskraft des Aufbaus in dem Handhabungsgerät reduziert wird. Diese kann nun soweit reduziert werden, dass mit den an sich üblichen Aufbauten aus Sensorik sowie gegebenenfalls Federelementen oder dergleichen, welche einen Teil der Relativbewegung abfedern, ein schnelles und zuverlässiges Ansprechen möglich ist. Die Ergänzung der Auffahrsicherung in der erfindungsgemäßen Art durch die Einrichtung zum zumindest teilweise Kompensieren der Schwerkraft macht also die Auffahrsicherung wieder einsetzbar, insbesondere auch dann, wenn entsprechend größere Gewichte bewegt werden müssen. Dementsprechend kann es die bevorzugte Verwendung der Auffahrsicherung und des Verfahrens vorsehen, dass diese für Werkstücke mit einer Gewichtskraft von mehr als 4000 N, bevorzugt mehr als 6000 N, eingesetzt wird.The anti-collision device according to the invention can therefore be used, in particular together with the method according to the invention, in such a way that the weight of the structure in the manipulator is reduced. This can now be reduced to such an extent that a rapid and reliable response is possible with the conventional structures of sensors and possibly spring elements or the like, which cushion part of the relative movement. Supplementing the collision protection in the manner according to the invention with the device for at least partially compensating for gravity thus makes the collision protection usable again, in particular when correspondingly larger weights have to be moved. Accordingly, the preferred use of the anti-collision device and the method can provide for this to be used for workpieces with a weight of more than 4000 N, preferably more than 6000 N.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Auffahrsicherung ist es dabei vorgesehen, dass die Einrichtung zum Aufbringen der Gegenkraft als wenigstens ein pneumatischer oder hydraulischer Zylinder ausgebildet ist. Bei einem solchen pneumatischen oder hydraulischen Zylinder lässt sich auch bei entsprechend hohen Gewichtskräften die entsprechende Gegenkraft relativ einfach und effizient aufbringen.According to an advantageous embodiment of the anti-collision device according to the invention, it is provided that the device for applying the counterforce is designed as at least one pneumatic or hydraulic cylinder. With such a pneumatic or hydraulic cylinder, the corresponding counterforce can be applied relatively easily and efficiently, even with correspondingly high weight forces.

Gemäß einer weiteren sehr günstigen Ausgestaltung der Idee ist es dabei so, dass als Stelleinrichtung ein Proportionalventil genutzt wird, um die von der Einrichtung aufgebrachte Gegenkraft und damit letztlich für das erfindungsgemäße Verfahren die resultierende Kraft einzustellen.According to a further very favorable embodiment of the idea, a proportional valve is used as the adjusting device in order to set the counterforce applied by the device and thus ultimately the resulting force for the method according to the invention.

Beim Einsatz von Zylindern ist es dabei möglich, dass unmittelbar sogenannte geführte Zylinder, sei es pneumatisch oder hydraulisch, eingesetzt werden können, um den Aufwand bezüglich einer zusätzlichen Führung zu reduzieren. Alternativ oder ergänzend dazu kann parallel zu der Einrichtung jedoch auch wenigstens eine Führung in der erfindungsgemäßen Auffahrsicherung mit vorhanden sein.When using cylinders, it is possible that so-called guided cylinders, be it pneumatic or hydraulic, can be used directly in order to reduce the effort with regard to an additional guide. As an alternative or in addition to this, at least one guide can also be present in the anti-collision device according to the invention, parallel to the device.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren kann es gemäß einer sehr vorteilhaften Weiterbildung desselben vorgesehen sein, dass die resultierende Gegenkraft auf weniger als 80%, bevorzugt weniger als 90% und besonders bevorzugt auf ca. 95% der Gewichtskraft eingestellt wird. Die resultierende Kraft beträgt dann also bis zu 20%, bevorzugt bis zu 10% und besonders bevorzugt ca. 5% der Gewichtskraft des Aufbaus. According to a very advantageous development of the method according to the invention, it can be provided that the resulting counterforce is set to less than 80%, preferably less than 90% and particularly preferably to approximately 95% of the weight force. The resulting force is then up to 20%, preferably up to 10% and particularly preferably about 5% of the weight of the structure.

Die Auffahrsicherung braucht also nur noch eine relativ kleine Kraft, um auszulösen. Erfährt die das Handhabungsgerät bzw. sein Greifer also einen irregulären Kontakt innerhalb des Verfahrwegs entlang der Z-Achse, dann reicht eine relativ kleine Kraft von beispielsweise 5% der Gewichtskraft aus Greifer und Werkstück bereits aus, um die Auffahrsicherung auszulösen und über die Steuerung gemäß des Verfahrens die Bewegung unmittelbar zu stoppen.The anti-collision device therefore only needs a relatively small amount of force to trigger. If the handling device or its gripper experiences irregular contact within the travel path along the Z-axis, a relatively small force of, for example, 5% of the weight of the gripper and workpiece is sufficient to trigger the anti-collision device and via the control system in accordance with procedure to stop the movement immediately.

Eine weitere sehr günstige Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann es ferner vorsehen, dass die Gewichtskraft des Greifers sowie des jeweiligen Werkstücks genutzt wird, um die Gegenkraft an eben diese anzupassen. Somit kann bei leerem Greifer eine andere eingestellte Gegenkraft genutzt werden, als wenn dieser ein Werkstück transportiert. Kommt es zum Transport unterschiedlich schwerer Werkstücke, kann auch hier entsprechen des Werkstücks und seiner Gewichtskraft die Gegenkraft eingestellt werden, um beispielsweise immer eine konstante resultierende Kraft von 150 N zu realisieren, um so beim Überschreiten dieser Gegenkraft im Falle einer Kollision die Auffahrsicherung auszulösen und die Bewegung zu stoppen.Another very favorable embodiment of the method according to the invention can also provide for the weight of the gripper and the respective workpiece to be used in order to adapt the counterforce to precisely this. This means that when the gripper is empty, a different set counterforce can be used than when it is transporting a workpiece. If workpieces of different weights are to be transported, the counterforce can also be set according to the workpiece and its weight, for example in order to always achieve a constant resultant force of 150 N, so that if this counterforce is exceeded in the event of a collision, the collision protection is triggered and the to stop movement.

Besonders günstig ist die Verwendung dabei für Werkstücke mit einer entsprechend hohen Gewichtskraft von mehr als 4000 N, wie oben bereits erwähnt. Eine besonders bevorzugte Weiterbildung dieser Verwendung sieht es vor, dass das Handhabungsgerät mit der erfindungsgemäßen Auffahrsicherung und ihrer Steuerung gemäß des erfindungsgemäßen Verfahrens für die Handhabung von Hochvolt-Batterien, insbesondere als Traktionsbatterien für Fahrzeuge, dient. Solche Batterien sind, wie eingangs bereits erwähnt, relativ schwer und aufgrund ihres hohen Energieinhalts und der Gefahr einer ungewollten elektrischen oder chemischen Reaktion im Falle eines Crashs relativ empfindlich. Daher ist für eine derartige Anwendung die erfindungsgemäße Auffahrsicherung und/oder das Verfahren besonders gut geeignet. Damit lässt sich einerseits eine Beschädigung an den teuren Hochvolt-Batterien und/oder Handhabungsgeräten im Fehlerfall reduzieren und außerdem lässt sich die Sicherheit steigern, weil die Gefahr eines potenziellen Brandes, welcher typischerweise zu einer Evakuierung der Produktionshalle mit anschließenden aufwändigen Sicherungs- und Löschmaßnahmen führen würde, verhindert werden kann. Damit ermöglicht die erfindungsgemäße Auffahrsicherung und/oder das Verfahren zur ihrem Betrieb einen besonders sicheren Umgang mit derartigen Hochvolt-Batterien und kann teure und aufwändige Beschädigungen dieser Werkstücke und die damit einhergehenden Folgekosten, aufgrund von nie gänzlich auszuschließenden Fehlprogrammierungen oder fehlerhaft abgestellten Bauteilen, weitgehend verhindern.The use is particularly favorable for workpieces with a correspondingly high weight of more than 4000 N, as already mentioned above. A particularly preferred development of this use provides that the handling device with the collision protection according to the invention and its control according to the method according to the invention is used for handling high-voltage batteries, in particular as traction batteries for vehicles. As already mentioned, such batteries are relatively heavy and relatively sensitive due to their high energy content and the risk of an unwanted electrical or chemical reaction in the event of a crash. The anti-collision device according to the invention and/or the method is therefore particularly well suited for such an application. On the one hand, damage to the expensive high-voltage batteries and/or handling devices can be reduced in the event of a fault, and safety can also be increased because of the risk of a potential fire, which would typically lead to an evacuation of the production hall with subsequent complex security and extinguishing measures , can be prevented. The collision protection according to the invention and/or the method for its operation thus enables particularly safe handling of such high-voltage batteries and can largely prevent expensive and complex damage to these workpieces and the associated follow-up costs due to incorrect programming or incorrectly switched off components that can never be completely ruled out.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Auffahrsicherung, des erfindungsgemäßen Verfahrens sowie seiner Verwendung ergeben sich auch aus dem Ausführungsbeispiel, welches nachfolgend unter Bezugnahme auf die Figuren näher beschreiben ist.Further advantageous refinements of the anti-collision device according to the invention, the method according to the invention and its use also result from the exemplary embodiment which is described in more detail below with reference to the figures.

Dabei zeigen:

1 eine mögliche Ausführungsform der erfindungsgemäßen Auffahrsicherung in einem teilweise angedeuteten Handhabungsgerät; und
2 der Aufbau aus 1 im Falle eines Auffahrens.

show:

1 a possible embodiment of the anti-collision device according to the invention in a partially indicated handling device; and
2 the construction 1 in the event of a collision.

In der Darstellung der 1 ist ein Handhabungsgerät 1 mit seiner Steuerung 2 sehr stark schematisiert angedeutet. Ein Teil dieses Handhabungsgeräts 1 bildet dabei eine durchbrochen dargestellte Verfahreinrichtung 3, welche ein Verfahren eines Greifers 4 entlang einer Z-Achse erlaubt, welche der Schwerkraft g entgegengerichtet verläuft. Die für den hier vorliegenden Aufbau relevanten Betrachtung beziehen sich dabei ausschließlich auf diese Z-Achse, also ein Verfahren in Richtung der Schwerkraft g und entgegen dieser Richtung.In the representation of 1 a handling device 1 with its controller 2 is indicated very schematically. A part of this handling device 1 forms a traversing device 3, shown broken, which allows a gripper 4 to be traversed along a Z-axis, which runs in the opposite direction to gravity g. The considerations that are relevant for the present structure relate exclusively to this Z-axis, i.e. a movement in the direction of gravity g and against this direction.

Der Greifer 4 soll zur Aufnahme eines Werkstücks 5, beispielsweise einer Traktionsbatterie für ein Fahrzeug, ausgebildet sein. Typischerweise wiegen derartige Werkstücke ca. 700 kg, der zugehörige Greifer wiegt beispielsweise 300 kg, sodass insgesamt eine Masse von ca. 1000 kg über das Handhabungsgerät 1 bewegt werden muss. Eine Auffahrsicherung 6 ist zwischen dem Greifer 4 und der Verfahreinrichtung 3 angeordnet. Diese besteht im Wesentlichen aus zwei Platten 7, 8, welche mit der Verfahreinrichtung 3 einerseits und dem Greifer 4 andererseits verbunden sind. Sie sind über Führungseinrichtungen 9, welche jedoch rein optional zu verstehen sind, gegeneinander geführt. Außerdem ist im Bereich der Auffahrsicherung 6 ein Sensor 10 angeordnet, welcher hier rein beispielhaft auf einer der Platten 7 dargestellte Markierung 11 erfasst und seine Signale an die Steuerung 2 weitergibt.The gripper 4 should be designed to hold a workpiece 5, for example a traction battery for a vehicle. Typically, such workpieces weigh about 700 kg, the associated gripper weighs 300 kg, for example, so that a total mass of about 1000 kg has to be moved using the handling device 1 . An anti-collision device 6 is arranged between the gripper 4 and the traversing device 3 . This consists essentially of two plates 7, 8, which are connected to the traversing device 3 on the one hand and the gripper 4 on the other hand. They are guided against one another via guide devices 9, which, however, are to be understood as purely optional. In addition, in the area of the anti-collision device 6 there is a sensor 10 which, purely by way of example, detects the marking 11 shown on one of the plates 7 and transmits its signals to the controller 2 .

Bewegt sich die Markierung 11 und der Sensor 10 nun voneinander weg, beispielsweise weil durch eine in 2 dargestellte Kollision der Batterie 5 bzw. des Greifers 4 mit einem weiteren Werkstück 12, beispielsweise einer weiteren Batterie, welche im Abstellbereich versehentlich stehen geblieben ist, dann werden die Platten 7, 8 gegeneinander bewegt und der Sensor 10 wird dementsprechend von der Markierung 11 wegbewegt, da er mit der Platte 8 starr verbunden ist und die Markierung auf der Platte 7 angeordnet ist. Der Verfahrweg der beiden Platten 7, 8 der Auffahrsicherung 6 gegeneinander ergibt einen Wegpuffer und damit mittelbar einen Zeitpuffer, während welchem noch nicht mit einer Beschädigung des Handhabungsgeräts 1 und/oder des Greifers 4 bzw. der Werkstücke 5, 12 zu rechnen ist. Zu Beginn der Bewegung der Platten 7, 8 gegeneinander erfasst der Sensor 10 die Markierung 11 noch in ihrer Soll-Position. Sobald die Bewegung der Platten 7, 8 einsetzt, wird der Sensor 10, welcher mit der Platte 8 verbunden ist, von der mit der Platte 7 verbundenen Markierung 11 wegbewegt. Dies ist das Signal für die Steuerung 2, dass es zu einem Auffahren gekommen ist. Sie stoppt dann sofort die Bewegung des Handhabungsgeräts 1 oder zumindest die Bewegung der Verfahreinrichtung 3 in bzw. gegen die Richtung der Z-Achse.If the marking 11 and the sensor 10 now move away from each other, for example because an in 2 shown collision of the battery 5 or the gripper 4 with another workpiece 12, for example another battery, which has accidentally left standing in the storage area, then the plates 7, 8 are moved against each other and the sensor 10 is accordingly moved away from the marking 11, since it is rigidly connected to the plate 8 and the marking is placed on the plate 7. The travel of the two plates 7, 8 of the anti-collision device 6 against each other results in a travel buffer and thus indirectly a time buffer, during which damage to the handling device 1 and/or the gripper 4 or the workpieces 5, 12 is not to be expected. At the beginning of the movement of the plates 7, 8 against each other, the sensor 10 detects the marking 11 while it is still in its desired position. As soon as the movement of the plates 7, 8 begins, the sensor 10, which is connected to the plate 8, is moved away from the mark 11 connected to the plate 7. This is the signal for controller 2 that a collision has occurred. It then immediately stops the movement of the manipulator 1 or at least the movement of the traversing device 3 in or against the direction of the Z axis.

Dabei muss das Ansprechen ausreichend schnell erfolgen, um innerhalb des zur Verfügung stehenden Wegs, welchen sich die Platten 7, 8 ohne Beschädigung aufeinander zu bewegen können, zu stoppen. Dies ist insbesondere bei der Handhabung von Hochvolt-Batterien entscheidend, da im Falle einer Kollision nicht nur eine Beschädigung der Batterien und des Greifers 4 bzw. des Handhabungsgeräts 1 droht, sondern da bei einer Beschädigung der Hochvolt-Batterien auch von diesen Batterien eine Gefahr ausgeht, insbesondere die Gefahr eines Brandes, was ein erhebliches Sicherheitsrisiko darstellt.In this case, the response must be sufficiently rapid to stop within the available path, which the plates 7, 8 can move towards one another without damage. This is particularly important when handling high-voltage batteries, since in the event of a collision there is not only a risk of damage to the batteries and the gripper 4 or the handling device 1, but also because damage to the high-voltage batteries also poses a risk from these batteries , especially the risk of fire, which poses a significant safety risk.

In der Praxis ist es so, dass herkömmliche Auffahrsicherungen mit einer derartigen Sensorik nun typischerweise nicht in der Lage sind, ausreichend schnell zu reagieren, da der Aufbau aus dem Greifer 4 und der Batterie 5 mit seiner Masse von ca. 1000 kg so schwer ist, dass entsprechend hohe Kräfte notwendig sind, um die Platten 7, 8 gegeneinander zu bewegen.In practice, it is the case that conventional anti-collision devices with such a sensor system are typically not able to react quickly enough, since the structure consisting of the gripper 4 and the battery 5 with its mass of approx. 1000 kg is so heavy that that correspondingly high forces are required to move the plates 7, 8 against each other.

Um diesen Nachteil abzuhelfen, sind zwischen den beiden Platten 7, 8 und den optionalen Führungselementen 9 in dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel zwei Pneumatikzylinder 13 angeordnet. Diese Pneumatikzylinder 13, wobei hier auch Hydraulikzylinder oder andere Einrichtungen 13 zum Aufbringen von Kräften denkbar wären, beispielsweise Federelemente, Stapel von Piezoelementen oder dergleichen, sind nun in Richtung der Z-Achse und damit entgegen der Schwerkraft g entsprechend vorgespannt.In order to remedy this disadvantage, two pneumatic cylinders 13 are arranged between the two plates 7, 8 and the optional guide elements 9 in the exemplary embodiment shown here. These pneumatic cylinders 13, hydraulic cylinders or other devices 13 for applying forces would also be conceivable here, for example spring elements, stacks of piezoelectric elements or the like, are now correspondingly prestressed in the direction of the Z axis and thus against the force of gravity g.

Beispielsweise über ein Proportionalventil 14 als Stelleinrichtung 14 einstellbar lässt sich der Druck an einem angedeuteten Druckspeicher 15 und/oder einer alternativen Druckversorgung über eine Versorgungs- oder Wartungseinheit in den beiden Zylindern 13 so einstellen, dass eine Gegenkraft zu der Gewichtskraft des Werkstücks 5 und des Greifers 4, oder falls dieser ohne das Werkstück 5 unterwegs ist, alleine zur Gewichtskraft des Greifers 4 aufgebaut werden kann. Die Kraft in den Zylindern 13 wird dabei so eingestellt, dass immer eine resultierende Kraft in Richtung der Schwerkraft g verbleibt. Die Gewichtskraft des Greifers 4 und des Werkstücks 5, sofern dieses vorhanden ist, wird also nicht gänzlich ausgeglichen, sondern lediglich zu einem großen Teil, beispielsweise zu 80% oder 90%, vorzugsweise ca. 95%. Bei dem beispielhaften Aufbau mit einer Masse von 1000 kg, also einer Gewichtskraft von 10.000 N, bleibt dann eine resultierende Kraft von 500 N und eine „resultierende Masse“ mit einer Wirkung von 50 kg in Richtung der Schwerkraft g übrig.The pressure at an indicated pressure accumulator 15 and/or an alternative pressure supply via a supply or maintenance unit can be adjusted in the two cylinders 13, for example via a proportional valve 14 as an adjusting device 14, so that a counteracting force to the weight of the workpiece 5 and the gripper 4, or if it is traveling without the workpiece 5, can be built up solely for the weight of the gripper 4. The force in the cylinders 13 is adjusted in such a way that there is always a resultant force in the direction of gravity g. The weight of the gripper 4 and the workpiece 5, if this is present, is not completely compensated, but only to a large extent, for example 80% or 90%, preferably about 95%. In the exemplary structure with a mass of 1000 kg, i.e. a weight of 10,000 N, a resultant force of 500 N and a “resultant mass” with an effect of 50 kg in the direction of gravity g remain.

Das Ansprechverhalten dieser proaktiven Auffahrsicherung 6 lässt sich also durch diese verbleibende resultierende Kraft so einstellen, wie eine herkömmliche Auffahrsicherung bei einer gesamten Gewichtskraft, welche dieser resultierenden Kraft entspricht. Somit lässt sich durch eine Gegenkraft in der Größenordnung von beispielsweise 95% auch bei sehr schweren Greifern 4 und Werkstücken 5 ein sehr schnelles und effizientes Ansprechen der Auffahrsicherung 6 erreichen, sodass Beschädigungen, Kollisionen und insbesondere dadurch ausgelöste Sicherheitsrisiken, welche vor allem bei der Handhabung von Batterien, aber nicht nur dort, entstehen können, verhindert werden.The response behavior of this proactive collision protection 6 can thus be set by this remaining resultant force in the same way as a conventional collision safety device with a total weight force which corresponds to this resultant force. Thus, a counterforce of the order of, for example, 95% allows the anti-collision device 6 to respond very quickly and efficiently, even with very heavy grippers 4 and workpieces 5, so that damage, collisions and, in particular, the safety risks that are triggered as a result, which are particularly important when handling Batteries, but not only there, can be prevented.

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Zitierte PatentliteraturPatent Literature Cited

DE 10345749 A1 [0005]

Claims

Collision protection (6) for a Z axis (z) of a handling device (1) running counter to the direction of gravity (g), with a sensor system (10, 11) which is set up to detect a displacement of a reference mark (11) along or against in the axial direction (z), characterized in that a device (13) for applying a counter-force directed against the force of gravity (g) is provided in the axial direction (z), and that an adjusting device (14) is provided for influencing the magnitude of the counter-force is.

Collision protection (6) after claim 1 , characterized in that the device is designed as at least one pneumatic or hydraulic cylinder (13).

Collision protection (6) after claim 1 or 2 , characterized in that the adjusting device is designed as a proportional valve (14).

Collision protection (6) after claim 2 or 3 , characterized in that the at least one cylinder (13) is designed as a guided cylinder (13).

Collision protection (6) according to one of Claims 1 until 4 , characterized in that at least one guide (9) is provided parallel to the device (13) for applying the counterforce.

Method for operating a collision protection device (6) according to one of Claims 1 until 5 , wherein in the event of a detected displacement of the reference mark (11) relative to the sensor (10) in the direction of the Z axis (z), the movement is stopped via a controller (2) of the handling device (1), characterized in that the counterforce is such is set so that a resulting force from a weight of a gripper (4) and, if applicable, an existing workpiece (5) and the opposing force is directed in the direction of gravity (g) but is smaller than the weight.

procedure after claim 6 , characterized in that the set counterforce is more than 80%, preferably more than 90%, particularly preferably about 95% of the weight.

procedure after claim 6 or 7 , characterized in that the set counterforce is adapted to the weight of the gripper (4) and the respective workpiece (5).

Use of an anti-collision device (6) and/or the method for operating such a device, according to one or more of the preceding claims, for handling workpieces (5) with a weight of more than 4000 N, preferably more than 6000 N.

use after claim 9 , characterized in that the workpieces (5) are designed as high-voltage batteries, in particular as traction batteries for vehicles.