DE19925688A1

DE19925688A1 - Überlast-Schutzeinrichtung

Info

Publication number: DE19925688A1
Application number: DE19925688A
Authority: DE
Inventors: Robert D Little; Prasad Balakrishnan
Original assignee: ATI Industrial Automation Inc
Current assignee: ATI Industrial Automation Inc
Priority date: 1998-06-05
Filing date: 1999-06-04
Publication date: 1999-12-09
Also published as: JP2000042974A; US6069415A

Abstract

Offenbart wird eine Überlast-Schutzeinrichtung (5), die zwischen einem Roboter und einem vom Roboter zu verwendenden Werkzeug angeordnet wird, um Beschädigung zu verhindern, wenn das Werkzeug auf ein Hindernis trifft. Die Überlast-Schutzeinrichtung (5) weist ein Gehäuse (10), einen Nocken (20) und einen Kolben (15) auf. Das Gehäuse enthält einen inneren Hohlraum und eine externe Öffnung in den Hohlraum. Der Nocken (20) enthält einen Kopfabschnitt (35), der im Hohlraum gehalten wird, und einen Halsabschnitt (40), der sich durch die Öffnung erstreckt. Der Halsabschnitt und die Öffnung enthalten einander entsprechende konische Oberflächen (45, 50), die miteinander gepaart werden können. Der Kolben ist innerhalb des Hohlraums angeordnet und hat die Tendenz, den Nocken in Richtung seiner Ausgangsstellung zu drücken. Wird das Werkzeug bei einem Überlastzustand in x-, y-, z- oder Drehrichtung versetzt, wird der Nocken gegenüber der Ausgangsposition versetzt. Der Kolben drückt dann den Nocken ungeachtet der Richtung des Versatzes in die Ausgangsstellung zurück. Zum Erkennen eines Überlastzustandes wird ein einziger Sensor (85) bereitgestellt.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein das Gebiet der auf Kraft nachgiebig ansprechenden Einrichtungen und insbe sondere Überlast-Schutzeinrichtungen für Roboter und andere automatische Maschinen.

Roboter werden seit langem in der Industrie in Montagestraßen eingesetzt, um sich wiederholende Aufgaben sehr präzise durch zuführen, ohne daß Arbeitsgänge, Eingriffe oder die Überwa chung durch Menschen erforderlich sind. Roboter werden bei spielsweise allgemein in der Kraftfahrzeugindustrie für eine Reihe von Aufgaben wie Materialtransport und Punktschweißen von Automobilkarosserien eingesetzt.

Der Roboter trägt häufig ein Werkzeug, das entweder dauerhaft oder abnehmbar am Ende seines Arms befestigt ist und das es ihm ermöglicht, die ihm zugewiesene Funktion zu erfüllen. Es kann gelegentlich vorkommen, daß das Werkzeug in der Umgebung der Produktionsstraße auf unerwartete Hindernisse stößt. Prallt das Werkzeug mit hinreichender Kraft auf das Hindernis, oder bewegt sich der Roboter weiter, nachdem das Werkzeug mit dem Hindernis in Kontakt gekommen ist, können das Werkzeug oder der Roboterarm selbst beschädigt werden. Um dieses uner wünschte Ergebnis zu verhindern, sind Einrichtungen zwischen dem Roboterarm und dem Werkzeug eingeschaltet, um dem Werkzeug eine begrenzte Bewegungsfreiheit zu verleihen (die als "Nach giebigkeit" bezeichnet wird), wenn es auf ein Hindernis trifft. Diese Einrichtungen, die als "Überlast-Schutzeinrich tungen" bezeichnet werden können, umfassen häufig Federn, Luftkolben oder andere Mittel zur Bereitstellung einer federn den Nachgiebigkeit.

Gibt die Überlast-Schutzeinrichtung aufgrund des auf ein Hin dernis auftreffenden Werkzeugs nach, wird dies als ein "Über lastzustand" bezeichnet. Die meisten Überlast-Schutzeinrich tungen sind mit einer Vielzahl Sensoren ausgestattet, die einen Überlastzustand erkennen und den Roboter informieren, daß er seine Bewegung anhalten soll, bis der Überlastzustand beseitigt ist.

Da ein Hindernis verschiedene Kräfte auf ein Werkzeug ausüben kann, je nachdem, wo die beiden miteinander in Kontakt kommen, ist es für eine Überlast-Schutzeinrichtung erstrebenswert, Be wegungsfreiheit in so vielen Richtungen wie möglich bereitzu stellen (z. B. Freiheit in x-, y- und z-Richtung sowie Freiheit in Drehrichtung). Je mehr Freiheitsgrade vorhanden sind, umso weniger wahrscheinlich werden das Werkzeug oder der Roboter beschädigt.

Da die Umgebungen, in denen Roboter eingesetzt werden, für Menschen oft schädlich und unsicher sind, ist es wünschens wert, daß die Überlast-Schutzeinrichtung automatisch ohne die Notwendigkeit des Eingriffs durch Menschen in ihre ursprüng liche Position zurückkehren kann ("Rücksetzen"), wenn der Überlastzustand nicht mehr besteht. Leider ist eine Überlast- Schutzeinrichtung umso weniger in der Lage, sich automatisch rückzusetzen, je mehr Richtungen sie für eine Nachgiebigkeit bietet. Dies gilt vor allem für Überlast-Schutzeinrichtungen, die in Drehrichtung (Verwindung) nachgeben können, da die Ein richtung in die richtige Position zurückgedreht werden muß.

Es wäre deshalb wünschenswert, eine Überlast-Schutzeinrichtung bereitzustellen, die in der Lage ist, sich selbst rückzuset zen, ungeachtet, ob der Überlastzustand durch eine lineare oder eine Drehbewegung bedingt wurde.

Eine größere Bewegungsfreiheit bedeutet normalerweise, daß mehr Sensoren erforderlich sind, um einen Überlastzustand zu erkennen, da eine Verschiebung der Überlast-Schutzeinrichtung in unterschiedliche Richtungen erfolgen kann. Jeder zusätz liche Sensor verteuert jedoch die Kosten der Überlast-Schutz einrichtung. Es wäre deshalb wünschenswert, eine Überlast- Schutzeinrichtung bereitzustellen, die Nachgiebigkeit in einer Mehrzahl Richtungen ermöglicht, jedoch nur einen Sensor zum Erkennen eines Überlastzustands benötigt.

Es wäre ebenfalls wünschenswert, eine Überlast-Schutzeinrich tung bereitzustellen, deren federnde Nachgiebigkeit während eines Überlastzustands sanfter ist als unter Bedingungen ohne Überlast. Dadurch könnte sich das Werkzeug, nachdem es freige kommen ist, frei bewegen, was die Wahrscheinlichkeit, daß das Werkzeug oder der Roboter beschädigt werden, verringert.

Es ist deshalb die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Überlast-Schutzeinrichtung bereitzustellen, die in der Lage ist, sich selbst rückzusetzen, ungeachtet, ob ein Überlast zustand durch eine lineare oder Drehbewegung verursacht wird, die außerdem Nachgiebigkeit in einer Mehrzahl von Richtungen aufweist, jedoch nur einen Sensor zum Erkennen eines Über lastzustands benötigt, und deren federnde Nachgiebigkeit während eines Überlastzustands sanfter ist als unter Bedin gungen ohne Überlast.

Die Überlast-Schutzeinrichtung der vorliegenden Erfindung ist zur Anordnung zwischen einem Arbeitswerkzeug und einer das Arbeitswerkzeug steuernden Instrumentenanordnung angeordnet, um gegen Beschädigung zu schützen, wenn das Werkzeug auf ein Hindernis in seiner Einsatzumgebung trifft. Die Überlast- Schutzeinrichtung weist u. a. ein Gehäuse und einen Nocken auf. Das Gehäuse ist entweder am Werkzeug oder an der das Werkzeug steuernden Instrumentenanordnung befestigt und weist einen inneren Hohlraum und eine in den Hohlraum mündende externe Öffnung auf.

Der Nocken enthält einen innerhalb des Hohlraums gehaltenen ersten Abschnitt und einen zweiten Abschnitt, der sich durch die Öffnung erstreckt und am jeweiligen Werkzeug befestigt ist, und die das Werkzeug steuernde Instrumentenanordnung ist nicht am Gehäuse befestigt. Der Nocken ist normalerweise unter Bedingungen ohne Überlast in einer Ausgangsstellung relativ zum Gehäuse ausgerichtet, hat jedoch die Freiheit, sich aus der Ausgangsstellung relativ zum Gehäuse herauszudrehen und wegzubewegen, wenn das Werkzeug gewaltsam auf ein Hindernis trifft, wodurch dem Werkzeug bei einem Überlastzustand Nach giebigkeit verliehen wird.

Die Überlast-Schutzeinrichtung weist des weiteren Mittel zur Kraftbeaufschlagung des Nockens auf, um diesen unter Bedingun gen ohne Überlast in der Ausgangsstellung relativ zum Gehäuse zu halten und ihn dazu zu veranlassen, in diese Ausgangsstel lung zurückzukehren, wenn er durch einen Überlastzustand ver setzt worden ist. Vorzugsweise ist dieses Mittel in der Lage, den Nocken in seine Ausgangsstellung zurückzubringen, unge achtet, ob er aus dieser geradlinig oder rotierend versetzt worden war. Vorzugsweise ist die durch das Mittel unter Bedin gungen ohne Überlast ausgeübte Kraft größer als die während eines Überlastzustands ausgeübte Kraft.

Der zweite Abschnitt des Nockens und die Öffnung in den Hohl raum haben vorzugsweise einander entsprechende konische oder kegelstumpfförmige Oberflächen, die miteinander gepaart wer den, wenn sich der Nocken in der Ausgangsstellung relativ zum Gehäuse befindet.

Am ersten Nockenabschnitt sind vorzugsweise eine oder mehrere Nasen vorgesehen. Ein oder mehrere den Nasen entsprechende Grübchen sind in der Oberfläche des Hohlraums vorgesehen. Die Ausgangsstellung des Nockens relativ zum Gehäuse wird durch die in den Grübchen sitzenden Nasen festgelegt.

Ein Sensor ist vorgesehen, um einen Versatz des Nockens rela tiv zum Gehäuse zu erkennen. Vorzugsweise ist ein Näherungs sensor verstellbar am Gehäuse installiert, der den Versatz einer am Kopfabschnitt des Nockens befindlichen Zielmarke er kennt. Durch Verstellen der Lage des Näherungssensors kann die Empfindlichkeit des Sensors eingeregelt werden.

Die vorliegende Erfindung wird nunmehr anhand der nachfolgen den detaillierten Beschreibung in Zusammenhang mit den bei liegenden Zeichnungen, in denen identische Bezugszeichen iden tische oder ähnliche Positionen in sämtlichen der mehreren Figuren kennzeichnen, erläutert; es zeigen:

Fig. 1 eine perspektivische Explosionsansicht der Überlast- Schutzeinrichtung der vorliegenden Erfindung;

Fig. 2 eine perspektivische Explosionsansicht im Querschnitt der Überlast-Schutzeinrichtung der vorliegenden Erfindung;

Fig. 3 eine Vorderansicht im Querschnitt, die die Überlast- Schutzeinrichtung der vorliegenden Erfindung unter Bedingungen ohne Überlast darstellt;

Fig. 4 eine Vorderansicht im Querschnitt, die die Überlast- Schutzeinrichtung der vorliegenden Erfindung während eines Überlastzustands darstellt;

Fig. 5 eine Seitenansicht im Querschnitt, die die Rückstell stifte bei Versatz in Drehrichtung darstellt; und

Fig. 6 eine perspektivische Ansicht der Überlast-Schutzein richtung der vorliegenden Erfindung im zusammengebauten Zu stand.

1. Beschreibung der Elemente der Erfindung a. Physikalische Auslegung

Wie in Fig. 1 bis 3 dargestellt, weist die Überlast-Schutzein richtung 5 der vorliegenden Erfindung vorzugsweise drei Haupt komponenten auf: ein Gehäuse 10, einen Kolben 15 und einen Nocken 20. Das Gehäuse 10 hat einen inneren Hohlraum 22 (siehe Fig. 3) und eine externe Öffnung 23 in den Hohlraum (siehe Fig. 1) . Das Gehäuse 10 ist vorzugsweise zweiteilig und be steht aus einer oberen Platte 25 und einer Sockelplatte 30, die vorzugsweise durch eine Mehrzahl Schrauben 33 miteinander verbunden sind. Die obere Platte 25 des Gehäuses 10 ist wäh rend des Betriebs vorzugsweise am Ende des Roboterarms befe stigt.

Der Nocken 20 enthält vorzugsweise einen Kopfabschnitt 35 und einen Halsabschnitt 40, wobei der Durchmesser des Kopfab schnitts 35 größer ist als der Durchmesser des Halsabschnitts 40. Der Kopfabschnitt 35 des Nockens 20 wird im Hohlraum 22 gehalten, während sich der Halsabschnitt 40 des Nockens 20 durch die Öffnung 23 erstreckt. Vorzugsweise haben der Hals abschnitt 40 des Nockens 20 und die Öffnung 23 des Gehäuses 10 einander entsprechende konische oder kegelstumpfförmige Ober flächen 45 und 50 (Fig. 2 und 3), die paarig zueinander aus geführt sind. Der Halsabschnitt 40 des Nockens 20 ist vorzugs weise an dem vom Roboter zu verwendenden Werkzeug befestigt. Wahlweise könnte das Gehäuse 10 am Werkzeug und der Halsab schnitt 40 des Nockens 20 am Roboter befestigt sein.

Der Kolben 15 ist innerhalb des Hohlraums 22 über dem Kopfab schnitt 35 des Nockens 20 angeordnet und vorzugsweise mittels eines O-Ringes 53 abgedichtet. Der Kolben 15 wird durch eine Feder 55, durch unter Druck stehender Luft (oder eines anderen Fluids) oder durch beide nach unten gedrückt. Vorzugsweise werden sowohl eine Feder 55 als auch Druckluft verwendet, um den Kolben 15 nach unten zu drücken. Die Feder 55 ist zwischen der Oberseite des Kolbens 15 und der oberen Oberfläche des Hohlraums 22 angeordnet. Die Druckluft kann vom Roboter oder einer anderen Steuerungseinrichtung durch einen Lufteinlaß 60 (Fig. 3 und 6) in das Gehäuse 10 geliefert werden. Unter der Kraft der Feder 55 und/oder der Druckluft drückt der Kolben 15 auf den Kopfabschnitt 35 des Nockens 20, wodurch dieser fest auf der unteren Oberfläche des Hohlraums 22 aufsitzt. Der Nocken 20 wird unter Bedingungen ohne Überlast in dieser Stel lung gehalten.

Wahlweise könnte der Kolben 15 mit einer oder mehreren Bohrun gen 17 ausgeführt werden. Wird der Kolben 15 fest gegen den Kopfabschnitt 35 des Nockens 20 gepreßt (wie in Fig. 3 darge stellt), werden die Bohrungen 17 im wesentlichen durch den Kopfabschnitt 35 abgedichtet. Als weitere Option könnte der Kopfabschnitt mit einer Dichtung 100 aus einem elastomeren Material wie beispielsweise Teflon versehen sein, um die Bohrungen 17 wirksamer abzudichten.

Als Alternative zu der obigen Anordnung könnte die Feder 55 oder die Druckluft anstatt über den Kolben 15 direkt auf den Nocken 20 wirken, um ihn in seiner Lage zu halten.

Vorzugsweise ist die Unterseite des Kopfabschnitts 35 mit einer oder mehreren Nasen 65 (vorzugsweise zwei Nasen 65) aus geführt, die in entsprechenden Grübchen 70 im Boden des Hohl raums 22 sitzen. Wie aus den Figuren ersichtlich ist, werden die Nasen 65 vorzugsweise durch Schrauben mit Kugelenden ge bildet, die durch ein Schraubensicherungsmittel in Gewindeboh rungen im Kopfabschnitt 35 des Nockens 20 gesichert werden. Wahlweise könnten die Nasen 65 eine gehärtete Kugel aufweisen, die durch eine in die Gewindebohrung eingesetzte Schraube un verlierbar gehalten wird. Dadurch könnte die Nase 65 in das Grübchen 70 hinein- und aus diesem herausrollen anstatt zu gleiten, wodurch die Reibungskräfte verringert werden.

Die Nasen 65 sind vorzugsweise nicht direkt einander gegenüber (d. h. im Abstand von 180°) am Kopfabschnitt 35 angeordnet. Wahlweise könnten die Nasen 65 direkt einander gegenüber, je doch mit verschiedenen Abständen zum Mittelpunkt des Kopfab schnitts 35 angeordnet werden. Bei jeder Anordnung gibt es nur eine einzige Ausrichtung, in der die Nasen 65 in den Grübchen 70 sitzen können.

Die Nasen 65 sollten nicht so weit aus dem Kopfabschnitt 35 herausragen, daß sie diesen daran hindern, fest auf dem Boden des Hohlraums 22 aufzuliegen, wenn sie in den Grübchen 70 sit zen. Gleichzeitig sollten die Nasen 65 weit genug herausragen, so daß sie in den Grübchen 70 einen festen Sitz haben. Um die se Ziele zu erreichen, sind keine engen Fertigungstoleranzen notwendig, da es möglich ist, die Plazierung der Schrauben mit kugeligem Ende oder der Schrauben-Kugel-Kombinationen während des Zusammenbaus so einzustellen, daß der betreffende Nocken spezifisch demjenigen Gehäuse angepaßt ist, an dem er befe stigt wird.

In einer Bohrung im Kopfabschnitt 35 des Nockens 20 und aus dieser hervorstehend sind einer oder mehrere Stifte 75 einge baut. Vorzugsweise werden zwei Stifte 75 (am deutlichsten in Fig. 5 dargestellt) vorgesehen. Der Abschnitt der Stifte 75, der aus dem Nocken 20 hervorsteht, sitzt in keilförmigen Nuten 80 (am deutlichsten in Fig. 2 dargestellt), die in der Seiten wand des Hohlraums 22 vorgesehen sind. Bei Bedingungen ohne Überlast sitzen die Stifte 75 in der Mitte des Grundes der keilförmigen Nuten 80. Vorzugsweise sind die Stifte 75 in der Bohrung so angeordnet, daß sie sich frei abwälzen können.

Um den Roboter über Überlastzustände informieren zu können, ist ein Sensor 85 (am deutlichsten in Fig. 2 und 6 darge stellt) in einer Bohrung im Gehäuse 10 eingebaut, um den Versatz des Nockens 20 zu erkennen. Vorzugsweise wird ein in duktiver Näherungssensor verwendet, obwohl auch andere Senso ren wie Berührungssensoren verwendet werden könnten. Der Nähe rungssensor 85 erfaßt die Bewegung einer Zielmarke 90 (am deutlichsten in Fig. 1 dargestellt), die an der Seite des Kopfabschnitts 35 des Nockens 20 neben dem Sensor 85 ange bracht ist. Alternativ könnte der Sensor 85 den Versatz des Kolbens 15 erkennen, da dieser immer zusammen mit dem Nocken 20 verschoben wird. Vorzugsweise wird eine Stellschraube 95 mit Nylonspitze zum verstellbaren Sichern des Sensors 85 in der Bohrung des Gehäuses 10 verwendet. Durch Verstellen des Abstands zwischen dem Sensor 85 und der Zielmarke 90 kann die Empfindlichkeit des Sensors 85 eingeregelt werden.

b. Materialien und Herstellung

Vorzugsweise bestehen die obere Platte 25, der Kolben 15 und der Nocken 20 aus Aluminium. Die Stifte 75 und die Sockelplat te 30 bestehen vorzugsweise aus gehärtetem oder Edelstahl. Die Zielmarke 90 besteht vorzugsweise aus Walzstahl. Sämtliche Teile werden durch Metallformgebungstechniken geformt, die im Stand der Technik hinreichend bekannt sind.

2. Funktionsweise der Erfindung

Wenn der Kolben 15 den Kopfabschnitt 35 des Kolbens 20 eben gegen den Boden des Hohlraums 22 preßt, wobei die Nasen 65 in den Grübchen 70 sitzen, befindet sich der Nocken 20 in seiner normalen Stellung bei Bedingungen ohne Überlast (die "Aus gangsstellung") wie in Fig. 3 dargestellt.

Bewegt sich das Werkzeug in einer Richtung senkrecht zur Achse der Überlast-Schutzeinrichtung 5 (d. h. entweder in x- oder in y-Richtung), nimmt die Überlast-Schutzeinrichtung 5 der vor liegenden Erfindung das Erscheinungsbild von Fig. 4 an. Die Bewegung des Werkzeugs veranlaßt den Nocken 20, leicht zu kip pen und den Kolben 15 gegen die Kraft der Feder 55 und/oder des Fluiddrucks anzuheben. Dieses Kippen bewirkt, daß die Nasen 65 aus den Grübchen 70 freikommen und die konische Ober fläche 45 des Halsabschnitts 40 auf der konischen Oberfläche 50 der Öffnung 23 in den Hohlraum 22 nach oben gleitet. Da durch wird der gesamte Nocken 20 bei einem Überlastzustand aus seiner Ausgangsstellung relativ zum Gehäuse 10 verschoben.

Die Kippstellung des Nockens 20 öffnet auch die Bohrungen 17 im Kolben 15. Dadurch kann der auf den Kolben 15 wirkende Luftdruck durch die Bohrungen 17 abgebaut werden, wodurch der vom Kolben 15 aufgebrachte Druck, der den Nocken 20 in die Ausgangsstellung relativ zum Gehäuse 10 preßt, verringert wird. Dies wiederum verstärkt den Grad der Nachgiebigkeit, um Beschädigungen bei Auftreten eines Überlastzustands noch bes ser zu vermeiden.

Trifft dagegen das Werkzeug auf ein Hindernis, das es zur Be wegung entlang der Achse der Überlast-Schutzeinrichtung bringt (d. h. in z-Richtung), wird der gesamte Nocken 20 einfach abge hoben, so daß der Kolben 15 gegen die Kraft der Feder 55 und der Druckluft hochsteigt.

Zusätzlich zur Bewegung in x-, y- und z-Richtung kann ein Werkzeug auch einer Verwindungsbewegung unterworfen werden wie durch den Pfeil 105 in Fig. 5 gekennzeichnet. Diese Verwin dungsbewegung wird hierin im folgenden als "Drehung" bezeich net. Dreht sich der Nocken 20 aus seiner Ausgangsstellung relativ zum Gehäuse 10 heraus, werden die Stifte 75 gezwungen, an der Seite der keilförmigen Nuten 80 hochzusteigen. Dadurch wird der gesamte Nocken 20 abgehoben, so daß der Kolben 15 gegen die Kraft der Feder 55 und der Druckluft hochsteigt. Wie oben beschrieben, sind die Stifte 75 vorzugsweise so im Kopf abschnitt 35 angeordnet, daß sie sich frei abwälzen können. Dadurch können sie an der Seite der keilförmigen Nut 80 hin aufrollen anstatt zu gleiten. Dies verringert die zu überwin denden Reibungskräfte erheblich.

Der Keil der Nuten 80 hat vorzugsweise einen solchen Winkel, daß die Stifte 75 in den Nuten 80 verbleiben, wenn sich der Nocken 20 um bis zu zwanzig Grad in einer der beiden Richtung dreht, obwohl auch andere Winkel verwendet werden könnten. Dreht sich der Nocken 20 um mehr als zwanzig Grad aus der Aus gangsstellung in einer der beiden Richtungen heraus, kommen die Stifte 75 aus den Nuten 80 frei und streichen über die Oberfläche der Sockelplatte 30. Damit erhält der Nocken 20 eine Freiheit in Drehrichtung von 360°.

Ungeachtet, in welcher Richtung der Nocken 20 versetzt wurde und so den Überlastzustand verursachte, wird der Kolben 15 versuchen, den Nocken 20 in die Ausgangsstellung relativ zum Gehäuse 10 zurückzudrängen, wenn der Überlastzustand beseitigt ist. Wurde der Nocken in x-, y- oder z-Richtung versetzt, er ledigt dies der Kolben einfach dadurch, daß er den Nocken 20 nach unten preßt, bis er wieder fest auf dem Boden des Hohl raums 22 aufliegt, wobei die Nasen 65 in den Grübchen 70 sit zen. Die konischen oder kegelstumpfförmigen Oberflächen 45 und 50 des Halsabschnitts 40 und der Öffnung 23 unterstützen die sen Prozeß, indem sie dazu beitragen, den Nocken 20 zurück in die zentrierte Stellung zu führen.

Hat sich der Nocken 20 um höchstens zwanzig Grad (oder einen anderen gewählten Winkel) in einer der beiden Richtungen aus seiner Ausgangsstellung relativ zum Gehäuse herausgedreht, veranlaßt der Kolben 15, indem er den Nocken 20 nach unten drückt, daß die Stifte 75 entlang der Seiten der keilförmigen Nuten 80 wieder nach unten in ihre ursprüngliche Mittelstel lung im Grund der Nuten 80 rollen oder gleiten. Dies wiederum bewirkt, daß sich der Nocken 20 zurück in seine Ausgangsstel lung relativ zum Gehäuse 10 dreht. Hat sich der Nocken 20 um um mehr zwanzig Grad (oder einen anderen gewählten Winkel) in einer der beiden Richtungen aus seiner Ausgangsstellung her ausgedreht, muß die Überlast-Schutzeinrichtung manuell rück gesetzt werden.

Wie oben erwähnt, erfaßt der Sensor 85 den Versatz den Nockens 20. Wird ein induktiver Näherungssensor verwendet, erfaßt der Näherungssensor 85 eine Bewegung der Zielmarke 90 relativ zum Sensor 85. Da der gesamte Nocken 20 bei Bewegung des Werkzeugs in irgendeine Richtung versetzt wird, ist ein einzelner Sensor 85 in der Lage, sämtliche Überlast-Zustände zu erkennen. Vor zugsweise wird die Empfindlichkeit des Sensors 85 eingeregelt, so daß er einen Versatz der Zielmarke 90 von mindestens 20 tausendstel Zoll erkennt. Dadurch wird verhindert, daß der Sensor 85 einen Überlastzustand erkennt, wenn nur ein flüch tiger Kontakt mit einem Hindernis erfolgt. Bei Erkennen eines Überlastzustands schickt der Sensor 85 dem Roboter ein Signal, um ihn zu informieren, daß er seine Bewegung anhalten soll, bis der Überlastzustand nicht mehr vorliegt.

Claims

1. Überlast-Schutzeinrichtung (5) zur Anordnung zwischen einem Arbeitswerkzeug und einer das Werkzeug steuernden Instrumentenanordnung, um gegen Beschädigung zu schützen, wenn das Werkzeug in seiner Einsatzumgebung auf ein Hin dernis trifft, wobei diese Überlast-Schutzeinrichtung (5) folgendes aufweist:

a. ein Gehäuse (10), das entweder am Werkzeug oder an der das Werkzeug steuernden Instrumentenanordnung befestigt ist, wobei das Gehäuse (10)
- I. einen inneren Hohlraum (22); und
- II. eine externe Öffnung (23) in den Hohlraum hat;
b. einen Nocken (20) mit:
- I. einem ersten Abschnitt (35), der im Hohlraum (22) ge halten ist; und
- II. einem zweiten Abschnitt (40), der sich durch die Öff nung (23) erstreckt und am jeweiligen Werkzeug befe stigt ist, und die das Werkzeug steuernde Instrumen tenanordnung ist nicht am Gehäuse (10) befestigt;
bei der der Nocken (20) unter Bedingungen ohne Überlast normalerweise in einer Ausgangsstellung relativ zum Ge häuse (10) ausgerichtet ist, jedoch die Freiheit hat, aus der Ausgangsstellung relativ zum Gehäuse (10) verschoben zu werden, wenn das Werkzeug gewaltsam auf ein Hindernis trifft, wodurch dem Werkzeug bei einem Überlastzustand Nachgiebigkeit verliehen wird; und
c. Mittel (55) zur Kraftbeaufschlagung des Nockens (20), um diesen unter Bedingungen ohne Überlast in der Ausgangs stellung relativ zum Gehäuse (10) zu halten und ihn dazu zu veranlassen, in die Ausgangsstellung relativ zum Ge häuse zurückzukehren, wenn er durch einen Überlastzustand versetzt worden ist, wobei die unter Bedingungen ohne Überlast ausgeübte Kraft größer ist als die während eines Überlastzustands ausgeübte Kraft.

2. Überlast-Schutzeinrichtung nach Anspruch 1, bei der:

a. das Mittel (55) zur Kraftbeaufschlagung folgendes auf weist:
- I. einen Kolben (15), der innerhalb des Hohlraums (22) über dem Nocken (20) gleitbar angeordnet ist, wobei der Kolben (15) mindestens eine Bohrung (17) aufweist; und
- II. ein Mittel (60) zur Lieferung von Fluiddruck, um den Kolben (15) in Kontakt mit dem ersten Abschnitt (35) des Nockens (20) zu bringen;
b. bei in Ausgangsstellung befindlichem Nocken (20) relativ zum Gehäuse (10) der Kolben (15) in seiner untersten Stel lung ist und seine Bohrung (17) im wesentlichen durch den ersten Abschnitt (35) des Nockens (20) abgedichtet ist; und
c. bei aus der Ausgangsstellung relativ zum Gehäuse (10) ver setztem Nocken (20) der Kolben (15) angehoben und dessen Bohrung (17) im wesentlichen nicht mehr durch den ersten Abschnitt (35) des Nockens (20) abgedichtet wird, wodurch Fluiddruck durch die Bohrung entweichen kann.

3. Überlast-Schutzeinrichtung nach Anspruch 2, bei der der Nocken des weiteren ein elastomeres Material (100) auf der Oberseite des ersten Abschnitts (35) aufweist, das dazu dient, die Bohrung (17) im Kolben (15) unter Bedingungen ohne Überlast wirksamer abzudichten.

4. Überlast-Schutzeinrichtung zur Anordnung zwischen einem Werkzeug und einer das Werkzeug steuernden Instrumenten anordnung, um gegen Beschädigung zu schützen, wenn das Werkzeug in seiner Einsatzumgebung auf ein Hindernis trifft, wobei diese Überlast-Schutzeinrichtung (5) fol gendes aufweist:

a. ein Gehäuse (10), das entweder am Werkzeug oder an der das Werkzeug steuernden Instrumentenanordnung befestigt ist, wobei das Gehäuse (10)
- I. einen inneren Hohlraum (22); und
- II. eine externe Öffnung (23) in den Hohlraum hat;
b. einen Nocken (20) mit:
- I. einem ersten Abschnitt (35), der im Hohlraum (22) ge halten ist; und
- II. einem zweiten Abschnitt (40), der sich durch die Öff nung (23) erstreckt und am jeweiligen Werkzeug befe stigt ist, und die das Werkzeug steuernde Instrumen tenanordnung ist nicht am Gehäuse (10) befestigt;
bei der der Nocken (20) unter Bedingungen ohne Überlast normalerweise in einer Ausgangsstellung relativ zum Gehäuse (10) ausgerichtet ist, jedoch die Freiheit hat, aus der Ausgangsstellung relativ zum Gehäuse (10) ver schoben und verdreht zu werden, wenn das Werkzeug gewalt sam auf ein Hindernis trifft, wodurch dem Werkzeug bei einem Überlastzustand Nachgiebigkeit verliehen wird; und
c. Mittel, um den Nocken (20) in seine Ausgangsstellung re lativ zum Gehäuse (10) zurückzudrücken, ungeachtet, ob er aus dieser verschoben oder herausgedreht worden ist.

5. Überlast-Schutzeinrichtung nach Anspruch 4, bei der:

a. die Mittel zur Druckbeaufschlagung folgendes aufweisen:
- I. eine keilförmige Nut (80) in einer Seitenwand des Hohlraums (22);
- II. mindestens einen Stift (75), der im ersten Abschnitt (35) des Nockens (20) eingebaut ist und auf der Grundmitte der keilförmigen Nut (80) sitzt, wenn sich der Nocken in der Ausgangsstellung relativ zum Gehäu se (10) befindet; und
- III. Mittel zum Drücken (55) des ersten Abschnitts (35) des Nockens (20) relativ zum Gehäuse (10) nach unten;
b. beim Auftreffen des Werkzeugs auf ein Hindernis auf eine solche Weise, daß sich der Nocken (20) relativ zum Gehäuse dreht, der Stift (75) gezwungen wird, auf einer Seite des keilförmigen Nut (80) hochzusteigen, wodurch der Nocken (20) relativ zum Gehäuse (10) gegen die Kraft des Mittels zur Druckbeaufschlagung (55) angehoben wird; und
c. bei nicht mehr bestehendem Aufeinandertreffen des Werk zeugs und des Hindernisses das Mittel zur Druckbeaufschla gung (55) den Stift (75) veranlaßt, wieder nach unten in die keilförmige Nut (80) zu wandern, wodurch der Nocken (20) veranlaßt wird, sich in seine Ausgangsstellung rela tiv zum Gehäuse (10) zurückzudrehen.

6. Überlast-Schutzeinrichtung nach Anspruch 5, bei der:

a. das Mittel zur Druckbeaufschlagung des weiteren aufweist:
- I. mindestens zwei keilförmige Nuten (80) in der Seiten wand des Hohlraums (22);
- II. mindestens zwei Stifte (75), die unabhängig gleitbar im ersten Abschnitt (35) des Nockens (20) eingebaut sind und auf der Grundmitte der keilförmigen Nuten (80) sitzen, wenn sich der Nocken in der Ausgangs stellung relativ zum Gehäuse (10) befindet; und
b. beim Auftreffen des Werkzeugs auf ein Hindernis auf eine solche Weise, daß sich der Nocken (20) relativ zum Gehäuse dreht, die Stifte (75) sich auf einer Seite ihrer keilför migen Nut (80) aufwärts abwälzen, wodurch der Nocken (20) relativ zum Gehäuse (10) gegen die Kraft des Mittels zur Druckbeaufschlagung (55) angehoben wird.

7. Überlast-Schutzeinrichtung (5) zur Anordnung zwischen einem Arbeitswerkzeug und einer das Werkzeug steuernden Instrumentenanordnung, um gegen Beschädigung zu schützen, wenn das Werkzeug in seiner Einsatzumgebung auf ein Hin dernis trifft, wobei diese Überlast-Schutzeinrichtung (5) folgendes aufweist:

a. ein Gehäuse (10), das entweder am Werkzeug oder an der das Werkzeug steuernden Instrumentenanordnung befestigt ist, wobei das Gehäuse (10)
- I. einen durch mindestens eine Oberfläche begrenzten inneren Hohlraum (22);
- II. mindestens ein Grübchen (70) in der Oberfläche des Hohlraums; und
- III. eine externe Öffnung (23) in den Hohlraum hat;
b. einen Nocken (20) mit:
- I. einem ersten Abschnitt (35), der im Hohlraum (22) ge halten ist, wobei der erste Abschnitt (35) mindestens eine Nase (65) aufweist; und
- II. einem zweiten Abschnitt (40), der sich durch die Öff nung (23) erstreckt und am jeweiligen Werkzeug befe stigt ist, und die das Werkzeug steuernde Instrumen tenanordnung ist nicht am Gehäuse (10) befestigt;
bei der der Nocken (20) unter Bedingungen ohne Überlast in einer durch die im Grübchen (70) sitzende Nase (65) fest gelegten Ausgangsstellung ausgerichtet ist, jedoch die Freiheit hat, aus der Ausgangsstellung relativ zum Gehäuse (10) verschoben zu werden, wenn das Werkzeug gewaltsam auf ein Hindernis trifft, wodurch dem Werkzeug bei einem Über lastzustand Nachgiebigkeit verliehen wird; und
c. Mittel (55), um den Nocken (20) in Richtung der Ausgangs stellung relativ zum Gehäuse (10) zu drücken.

8. Überlast-Schutzeinrichtung nach Anspruch 7, bei der:

a. der erste Abschnitt (35) des Nockens (20) zwei Nasen (65) aufweist, die zueinander in einem von 180° verschiedenen Winkel angeordnet sind;
b. das Gehäuse (10) zwei Grübchen (70) in der Oberfläche des Hohlraums aufweist, die zueinander im gleichen Winkel an geordnet sind wie die Nasen (65) am ersten Abschnitt des Nockens; und
c. die Ausgangsstellung des Nockens (20) relativ zum Gehäuse (10) durch jede der in einem der Grübchen (70) sitzenden Nasen (65) festgelegt ist.

9. Überlast-Schutzeinrichtung nach Anspruch 7, bei der:

a. der erste Abschnitt (35) des Nockens (20) zwei Nasen (65) aufweist, die zueinander in verschiedenen Abständen vom Mittelpunkt des ersten Abschnitts (35) angeordnet sind;
b. das Gehäuse (10) zwei Grübchen (70) in der Oberfläche des Hohlraums aufweist, die zueinander im gleichen Abstand an geordnet sind wie die Nasen (65) am ersten Abschnitt des Nockens; und
c. die Ausgangsstellung des Nockens (20) relativ zum Gehäuse (10) durch jede der in einem der Grübchen (70) sitzenden Nasen (65) festgelegt ist.

10. Überlast-Schutzeinrichtung nach Anspruch 7, bei der:

a. der erste Abschnitt (35) des Nockens (20) mindestens eine Gewindebohrung aufweist; und
b. die Nase (65) eine Schraube mit Kugelende (33) aufweist, die in die Gewindebohrung eingesetzt ist und aus dieser hervorragt.

11. Überlast-Schutzeinrichtung nach Anspruch 7, bei der:

a. der erste Abschnitt (35) des Nockens (20) mindestens eine Gewindebohrung aufweist; und
b. die Nase (65) folgendes aufweist:
- I. eine in die Gewinebohrung eingesetzte Schraube; und
- II. eine gehärtete Kugel, die durch die Schraube unver lierbar gesichert wird und aus der Gewindebohrung her vorragt.

12. Überlast-Schutzeinrichtung (5) zur Anordnung zwischen einem Arbeitswerkzeug und einer das Werkzeug steuernden Instrumentenanordnung, um gegen Beschädigung zu schützen, wenn das Werkzeug in seiner Einsatzumgebung auf ein Hin dernis trifft, wobei diese Überlast-Schutzeinrichtung (5) folgendes aufweist:

a. ein Gehäuse (10), das entweder am Werkzeug oder an der das Werkzeug steuernden Instrumentenanordnung befestigt ist, wobei das Gehäuse (10)
- I. einen inneren Hohlraum (22); und
- II. eine externe in den Hohlraum mündende Öffnung (23) hat, wobei diese Öffnung eine konische oder kegel stumpfförmige Oberfläche aufweist;
b. einen Nocken (20) mit:
- I. einem ersten Abschnitt (35), der im Hohlraum (22) ge halten ist; und
- II. einem zweiten Abschnitt (40) mit einer konischen oder kegelstumpfförmigen Oberfläche zur Paarung mit der konischen oder kegelstumpfförmigen Oberfläche der Öff nung (23) in den Hohlraum (22), wobei sich der zweite Abschnitt durch die Öffnung erstreckt und am jeweili gen Werkzeug befestigt ist, und die das Werkzeug steu ernde Instrumentenanordnung ist nicht am Gehäuse (10) befestigt;
bei der der Nocken (20) unter Bedingungen ohne Überlast in einer Ausgangsstellung relativ zum Gehäuse ausgerichtet ist, wobei die konischen oder kegelstumpfförmigen Oberflä chen (45, 50) der Öffnung und des zweiten Abschnitts des Nockens miteinander in Eingriff stehen, jedoch die Frei heit hat, aus der Ausgangsstellung relativ zum Gehäuse (10) verschoben zu werden, wenn das Werkzeug gewaltsam auf ein Hindernis trifft, wodurch dem Werkzeug bei einem Über lastzustand Nachgiebigkeit verliehen wird; und
c. Mittel (55), um den Nocken (20) in Richtung der Ausgangs stellung relativ zum Gehäuse (10) zu drücken.

13. Überlast-Schutzeinrichtung nach Anspruch 12, bei der die konischen oder kegelstumpfförmigen Oberflächen (45, 50) der Öffnung und des zweiten Abschnitts des Nockens das Mittel (55) zum Drücken unterstützen, um dazu beizutragen, den Nocken zurück in die Ausgangsstellung zu führen, wenn er während eines Überlast-Zustands versetzt worden ist.

14. Überlast-Schutzeinrichtung nach Anspruch 12, bei der:

a. der Nocken (20) des weiteren eine Zielmarke (90) aufweist;
b. das Gehäuse (10) des weiteren eine Sensorbohrung und einen Näherungssensor (85) aufweist, wobei der Näherungssensor (85) neben den Zielmarke (90) angeordnet ist, wenn sich der Nocken (20) in der Ausgangsstellung relativ zum Gehäu se befindet, und zur Erkennung eines Versatzes der Ziel marke (90) ausgeführt ist; und
c. das Zusammenwirken der konischen oder kegelstumpfförmigen Oberflächen (45, 50) der Öffnung und des zweiten Ab schnitts des Nocken die Zielmarke (90) veranlassen, sich während eines Überlastzustands relativ zum Näherungssensor (85) ungeachtet der Richtung des Versatzes des Nockens zu verschieben.

15. Überlast-Schutzeinrichtung (5) zur Anordnung zwischen einem Arbeitswerkzeug und einer das Werkzeug steuernden Instrumentenanordnung, um gegen Beschädigung zu schützen, wenn das Werkzeug in seiner Einsatzumgebung auf ein Hin dernis trifft, wobei diese Überlast-Schutzeinrichtung (5) folgendes aufweist:

a. ein erstes Element, das an der das Werkzeug steuernden In strumentenanordnung befestigt ist;
b. ein zweites Element, das am Werkzeug und beweglich am ersten Element befestigt ist, um dem Werkzeug auf diese Weise Nachgiebigkeit zu verleihen, wenn es auf ein Hin dernis trifft;
c. Mittel zum Erfassen des Versatzes des zweiten Elements re lativ zum ersten Element und zur Bereitstellung eines diesbezüglichen Signals an die des Werkzeug steuernde In strumentenanordnung, um die weitere Bewegung des Werkzeugs anzuhalten, bis der Überlastzustand beseitigt ist; und
d. Mittel (95) zum Einregeln der Empfindlichkeit des Sen sormittels.

16. Überlast-Schutzeinrichtung nach Anspruch 15, bei der:

a. die Mittel zur Erfassung eine Zielmarke (90) und einen Näherungssensor (85) aufweisen, der entweder am ersten oder am zweiten Element installiert ist, um die Nähe der Zielmarke (90) zum Näherungssensor (85) zu erfassen; und
b. das Mittel (95) zum Einregeln Mittel aufweist, mit der die Position des Näherungssensors (85) verstellt werden kann.