DE3620391C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur lösbaren Ver­ bindung eines Werkzeuges, Greifers, Meßgerätes oder anderen Wirksystems mit dem Arm eines Roboters oder dergleichen, mit einer am Roboterarm befestigten Grundplatte und einer das Wirksystem vorzugsweise unter Verwendung eines Werkzeug­ wechselsystems aufnehmenden Tragplatte, wobei zwischen der Tragplatte des Wirksystems und der am Roboterarm angeordneten Grundplatte eine bis zu einer vorherbestimmbaren Belastungs­ schwelle starre Überlastkupplung angeordnet ist, deren Belastungsschwelle über mindestens einen von außen ansteuerbaren Druckmittelzylinder veränderlich ist und die bei Überschreiten der Belastungsschwelle innerhalb eines der möglichen Frei­ heitsgrade des Systems ein Ausweichen der Tragplatte mit dem Wirksystem gegenüber der Grundplatte ermöglicht.

Eine derartige Vorrichtung ist aus der DD-PS 2 23 663 bekannt. Diese bekannte Vorrichtung hat den Nachteil, daß eine Aus­ lösung der starren Überlastkupplung nur bei Übersteigen der durch den programmierbaren Druck definierten Vorspannkraft dadurch möglich ist, daß der vom Druck belastete Pneumatik­ kolben eine Ausweichbewegung entweder entgegen der Wirkungs­ richtung der Vorspannkraft oder eine Drehbewegung gegenüber einem einstellbaren Auslösedrehmoment durchführt. Ein Auslösen beim Auftreten resultierender Kräfte ist nicht möglich.

Während bei der Vorrichtung nach der DD-PS 2 23 663 die Belastungsschwelle über den von außen ansteuerbaren Druck­ mittelzylinder veränderlich ist, zeigt die DE-OS 33 28 412 eine Überlastkupplung, deren Belastungsschwelle von der Kraft einer Feder abhängt. Die Vorspannkraft dieser Feder ist ledig­ lich von Hand mittels einer Schraube in gewissen Grenzen veränderbar, und zwar durch ein sehr umständliches Verfahren, das praktisch nur zu einer einmaligen Einstellung und Justie­ rung der Überlastsicherung angewendet wird.

Auch bei der aus der DE-OS 30 04 014 bekannten Vorrichtung hängt die Belastungsschwelle von den Eigenschaften einer eingebauten Feder ab; eine Verstellung der Belastungsschwelle ist nicht möglich. Dasselbe ergibt sich für die Überlastkupp­ lung gemäß der GB-OS 21 18 524, bei der die Belastungsschwelle entweder durch die Federkraft der Feder oder durch einen Pneumatik- oder Hydraulikzylinder vorgegeben wird. Auch bei dieser Ausführungsform ist eine Veränderung der Belastungs­ schwelle nicht möglich. Schließlich verwendet auch der aus der DE-OS 32 41 132 bekannte Sicherheitsfühler eines Roboters eine Feder zur Schaffung einer Belastungsschwelle, die zwar durch Auswahl einer entsprechenden Feder vorgegeben, aber während des Betriebes nicht verändert werden kann.

Ausgehend von dem aus der DD-PS 2 23 663 bekannten Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine konstruktiv einfache Gestaltung der als bekannt voraus­ gesetzten Vorrichtung zu schaffen, die ein definiertes Aus­ lösen beim Auftreten resultierender Belastungen von außen in den erforderlichen Freiheitsgraden, d. h. durch Kippen, Ver­ drehen und Querverschieben gestattet, um Schäden sowohl am Werkstück als auch am Wirksystem und Roboter zu vermeiden.

Die Lösung dieser Aufgabenstellung durch die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß die Tragplatte durch drei aus­ schließlich auf Zug belastbare, an beiden Enden gelenkig gelagerte Stäbe mit der Grundpaltte verbunden ist, wobei die Stäbe durch eine der jeweils vorgegebenen Belastungsschwelle entsprechende Kraft belastet sind, und daß zwischen der Trag­ platte und der Grundplatte eine Verdreh- und Verschiebe­ sicherung angeordnet ist, deren Auslösekraft ebenfalls von der jeweils vorgegebenen Belastungsschwelle abhängt.

Durch die steuerbare Überlastkupplung der Erfindung werden Schäden am Wirksystem, am Werkstück und auch am Roboter vermieden, da durch die auf den jeweiligen Einzelfall einge­ stellte Belastungsschwelle immer dann ein Ausweichen des Wirk­ systems innerhalb mindestens eines der möglichen Freiheits­ grade auftritt, wenn die auf das Wirksystem ausgeübten Kräfte insgesamt die jeweils eingestellte Belastungsschwelle über­ schreiten, wobei das Einstellen mit Hilfe der Robotersteuerung oder innerhalb der Programmierung des Roboters erfolgt. Wird somit die Belastungsschwelle mindestens eines der drei aus­ schließlich auf Zug belastbaren Stäbe und/oder die Auslöse­ kraft der Verdreh- und Verschiebesicherung überschritten, kann die Tragplatte in Richtung der resultierenden Kraft aus­ weichen, wodurch Beschädigungen einerseits des Wirksystems und ggf. des Roboterarms und andererseits des Werkstückes ver­ mieden werden. Da es sich bei den zu Schaffung der erfindungs­ gemäßen lösbaren Verbindung verwendeten Bauteilen um konstruktiv einfache Bauteile mit geringem Raumbedarf handelt, bereitet die Anbringung der erfindungsgemäßen Vorrichtung an einem Roboterarm keine Schwierigkeiten. Darüber hinaus ist eine hohe Funktionssicherheit bei geringen Anschaffungskosten gegeben.

Um die vorgebbare Grenzlast dem jeweiligen Wirksystem anpassen und bei Bedarf problemlos ver­ ändern zu können, wird gemäß einem weiteren Merkmal der Er­ findung vorgeschlagen, die Stäbe jeweils als druckmittel­ zylinderartige Teleskopstäbe auszubilden. In diesem Fall wird die Grenzlast der einzelnen Stäbe durch den im jeweiligen Teleskopstab aufgebauten Druck bestimmt. Die erfindungsgemäße Überlastkupplung arbeitet somit mit programmierbaren, vorgeb­ baren Grenzlasten.

In diesem Fall kann erfindungsgemäß die Verdreh- und Ver­ schiebesicherung als an einer der beiden Platten starr ange­ ordnete Mittelsäule ausgebildet werden, die über formschlüs­ sige Kupplungsflächen mit entsprechenden Gegenflächen der je­ weils anderen Platte zusammenwirkt und bei Überschreiten der vorgegebenen Kraft durch eine Längenänderung mindestens einer der druckmittelzylinderartigen Teleskopstäbe auslöst. Als Kupplungsflächen können zusammenwirkende Keilflächen oder in kegelförmige Anbohrungen eingreifende Kugeln verwendet werden.

Bei einer alternativen Ausführungsform der Erfindung sind sämtliche Stäbe gemeinsam durch einen mittig zwischen den Platten angeordneten Druckmittelzylinder belastet. In diesem Fall ist die Grenzlast für alle drei Stäbe gleich groß; sie kann jedoch durch eine Veränderung des im Druckmittelzylinder herrschenden Druckes nicht nur verändert, sondern auch in Ab­ hängigkeit vom Arbeitsprogramm des Roboters während des Pro­ grammablaufes gesteuert werden.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der Kolben des Druckmittelzylinders als Taumelkolben mit balliger Umfangsfläche ausgebildet, der einerseits unverdrehbar in dem mit der einen Platte verbundenen Zylindergehäuse gehalten und andererseits über die Verdreh- und Verschiebesicherung mit der anderen Platte verbunden ist. Die Verdreh- und Ver­ schiebesicherung kann hierbei durch drei Kugeln gebildet werden, die an der der druckmittelbeaufschlagten Kolbenfläche gegenüberliegenden Fläche des Taumelkolbens angeordnet sind und jeweils in eine kegelförmige Anbohrung in der gegenüber­ liegenden Platte eingreifen. Hierdurch ergibt sich eine kon­ struktiv besonders einfache Ausführung, die dadurch erfin­ dungsgemäß weitergebildet werden kann, daß der Taumelkolben gegen Verdrehen am Zylindergehäuse durch einen Stift ge­ halten wird, der auf einer um vorgebbare Werte verformbaren, am Zylindergehäuse befestigten Brücke angeordnet ist, ohne die Taumelbewegung zu beschränken.

Bei der Ausführungsform mit gemeinsam durch einen mittig angeordneten Druckmittelzylinder belasteten Stäben können die Stäbe in unterschiedlicher Weise ausgeführt sein. Bei der einen Ausführung sind die Stäbe starr mit an ihren Enden aus­ gebildeten kugelringförmigen Lagerverdickungen ausgeführt, die in entsprechenden Lagerschalen der Platten verschwenkbar und axial verschiebbar geführt sind. Alternativ hierzu können die Stäbe als biegeweiche Zugstreben, vorzugsweise Stahl­ seile, ausgebildet sein, die gelenkig aber fest an den beiden Platten angeordnet sind. Schließlich ist es möglich, die Stäbe als gegenüber der Normalstellung bei Überschreiten der durch den Druckmittelzylinder aufgebrachten Kraft verkürzbare Teleskopstäbe auszubilden, die ausschließlich in der Normal­ stellung auf Zug belastbar sind und anders als die druck­ mittelzylinderartigen Teleskopstäbe nur gemeinsam durch den mittig angeordneten Druckmittelzylinder belastet werden können.

In Weiterentwicklung der Erfindung wird vorgeschlagen, die jeweilige Belastung der Tragplatte durch auf das Wirksystem einwirkende Kräfte durch an den Stäben und/oder an der Ver­ dreh- und Verschiebesicherung angebrachte Meßelemente zu messen. Bei diesen Meßelementen kann es sich um Dehnmeß­ streifen oder Quarze handeln.

Aufgrund der Anordnung derartiger Meßelemente ist es gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung möglich, den Druck ent­ weder in den druckmittelzylinderartigen Teleskopstäben oder im Druckmittelzylinder mit Taumelkolben bei Überschreiten der vorgegebenen Belastung aufgrund der gemessenen Werte zur Freigabe der starren Verbindung zwischen Grund- und Trag­ platte abzusenken. Das Auslösen der erfindungsgemäßen Über­ lastkupplung kann somit gezielt in Abhängigkeit von den je­ weiligen Meßwerten erfolgen.

Hierbei ist es gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung möglich, die für die einzelnen Meßstellen zulässigen Bela­ stungen in einer einen Mikroprozessor enthaltenden Aus­ werte-Elektronik zu speichern, um die Aufhebung der starren Verbindung gezielt vornehmen zu können. Die Auswerte-Elektronik kann außer einem Steuersignal für die Druckabsenkung auch ein Signal an die übergeordnete Roboter­ steuerung abgeben.

Die Grenzbelastungen für die einzelnen Meßstellen können über ein Bedienmodul eingegeben oder durch die übergeordnete Steuerung vorgegeben werden. Schließlich ist es möglich, die Grenzbelastungen für die einzelnen Meßstellen im Teach-In-Verfahren zu ermitteln.

Auf der Zeichnung sind verschiedene Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Vorrichtung schematisch dargestellt, und zwar zeigen:

Fig. 1 einen schematischen Schnitt durch ein erstes Aus­ führungsbeispiel in der Normalstellung der Ver­ bindung,

Fig. 2 einen der Fig. 1 entsprechenden Schnitt mit in einer ausgelenkten Lage befindlicher Tragplatte;

Fig. 3 eine zweite Ausführungsform mit biegeschlaffen Zugverbindungselementen in einer entsprechenden Darstellung;

Fig. 4 ein drittes Ausführungsbeispiel, ebenfalls in einer Schnittdarstellung,

Fig. 5 einen Schnitt durch eine vierte Ausführungsform mit einer gegenüber der dritten Ausführung abge­ änderten Verdreh- und Verschiebesicherung,

Fig. 6 einen Querschnitt durch die Verdreh- und Ver­ schiebesicherung gemäß der Schnittlinie VI-VI in Fig. 5;

Fig. 7 eine fünfte Ausführungsmöglichkeit in der Normal­ stellung,

Fig. 8 die Ausführungsform nach Fig. 7 nach Überschreiten der Belastungsschwelle,

Fig. 9 einen Querschnitt gemäß der Schnittlinie IX-IX in Fig. 7,

Fig. 10 einen der Fig. 9 entsprechenden Querschnitt bei einer Torsionsbelastung;

Fig. 11 eine schematische Darstellung einer Überwachungs­ einheit und

Fig. 12 einen Signalflußplan bezüglich der Arbeitsweise der Überwachungseinheit gemäß Fig. 11.

Anhand des ersten Ausführungsbeispiels nach den Fig. 1 und 2 soll das Wirkprinzip der Vorrichtung erläutert werden. Diese Vorrichtung umfaßt eine am Arm eines nicht darge­ stellten Roboters befestigte Grundplatte 1 und eine Trag­ platte 2, an der ein auf der Zeichnung ebenfalls fehlendes Wirksystem, beispielsweise ein Werkzeug, Greifer oder Meßge­ rät befestigt ist. Da dieses Wirksystem im Normalfall starr mit dem Roboterarm verbunden sein muß, ist die Tragplatte 2 durch drei an beiden Enden gelenkig gelagerte Stäbe 3 mit der Grundplatte 1 verbunden. Diese Stäbe 3 sind ausschließlich auf Zug belastbar, wie durch die Darstellung in den Fig. 1 und 2 angedeutet ist. Wird Druck auf die Stäbe 3 ausgeübt, verkürzt sich ihre Länge, wie im linken Teil der Fig. 2 darge­ stellt ist.

In der Normalstellung gemäß Fig. 1 sind die Stäbe 3 durch eine vorgebbare Kraft belastet. Diese wird beim ersten Aus­ führungsbeispiel durch einen Druckmittelzylinder 4 erzeugt, der mittig zwischen den drei Stäben 3 angeordnet ist und der beim Ausführungsbeispiel ein an der Grundplatte 1 ange­ ordnetes Zylindergehäuse 4a sowie einen Taumelkolben 4b mit balliger Umfangsfläche umfaßt. Während die Oberseite des Taumelkolbens 4b durch das im Druckraum des Druckmittel­ zylinders 4 befindliche Druckmittel beaufschlagt wird, ist seine Unterseite über eine Verdreh- und Verschiebesicherung 5 mit der Tragplatte 2 verbunden. Diese Verdreh- und Ver­ schiebesicherung 5 besteht beim Ausführungsbeispiel nach den Fig. 1 und 2 aus drei an der Unterseite des Taumelkolbens 4b angeordneten Kugeln 5a, die jeweils in eine kegelförmige Anbohrung 5b in der Oberseite der Tragplatte 2 eingreifen. Der Taumelkolben 4b ist außerdem (beispielsweise in der in den Fig. 9 und 10 dargestellten und später zu beschrei­ benden Art) unverdrehbar im Zylindergehäuse 4a gehalten.

Durch Aufbringen eines Druckes im Zylinderraum des Druck­ mittelzylinders 4 wird die Tragplatte 2 bis zu einer äußeren Grenzlast starr an der Grundplatte 1 gehalten. Hierbei sind die ihre maximale Länge einnehmenden, als Teleskopstäbe aus­ gebildeten Stäbe 3 entsprechend dem Druck durch eine Zugkraft belastet. Ein Verschieben oder Verdrehen der Tragplatte 2 gegenüber der Grundplatte 1 wird durch die in die kegel­ förmigen Anbohrungen 5b eingreifenden Kugeln 5a des Taumel­ kolbens 4b verhindert.

Übersteigt die über das nicht dargestellte Wirksystem auf die Tragplatte 2 ausgeübte Belastung die aufgrund des auf den Taumelkolben 4b ausgeübten Druckes vorgegebene Haltekraft, verlagert sich der Taumelkolben 4b im Zylindergehäuse 4a, und zwar aufgrund der zwischen den beiden Platten 1 und 2 möglichen Freiheitsgrade. Diese beiden Platten 1 und 2 können normalerweise aufeinander zubewegt und gegeneinander verdreht werden, Taumelbewegungen ausführen, gegeneinander verschoben werden und gegeneinander kippen. Außerdem können sich diese Relativbewegungen in gewissen Grenzen überlagern. Alle diese Bewegungen können jedoch erst dann ausgeführt werden, wenn die durch den Druckmittelzylinder 4 ausgeübte Haltekraft überschritten wird.

Während beim Ausführungsbeispiel nach den Fig. 1 und 2 die ausschließlich auf Zug belastbaren Stäbe 3 als Teleskopstäbe ausgeführt sind, deren Länge gegenüber der Normalstellung verkürzbar ist, zeigt die zweite Ausführungsform nach Fig. 3 die Verwendung von Stäben 3, die als biegeweiche Zugstreben ausgeführt sind, vorzugsweise in der Form von Stahlseilen. Bei dieser Ausführungsform ergibt sich eine Verkürzung des Abstandes der Platten 1 und 2 infolge des Durchbiegens der Seile, wie dies in Fig. 3 dargestellt ist.

Um im Normalfall eine starre Verbindung zwischen Tragplatte 2 und Druckplatte 1 herzustellen, können die Stäbe 3 gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel in Fig. 4 auch als druckmittel­ zylinderartige Teleskopstäbe 3a ausgebildet werden, deren Kolben 3b zur Erzeugung der Zugkraft mit Druckmittel beauf­ schlagt werden. Die Verdreh- und Verschiebesicherung 5 ist bei dieser Ausführungsform an einer die Tragplatte 2 hinter­ greifenden Lagerplatte 5c ausgebildet, die über eine Mittel­ säule 5d an der Grundplatte 1 befestigt ist. Die Verdreh- und Verschiebesicherung 5 besteht wiederum aus in kegelförmige Anbohrungen 5b eingreifende Kugeln 5a. Sie kann aber gemäß der vierten Ausführungsform nach den Fig. 5 und 6 auch durch formschlüssig ineinandergreifende Keilflächen 5e bzw. 5f gebildet werden, die einerseits an der Lagerplatte 5c und andererseits an der Tragplatte 2 ausgebildet sind, wie dies die Fig. 5 und 6 zeigen.

Eine fünfte Ausführungsmöglichkeit ist in den Fig. 7 bis 10 dargestellt. Auch bei dieser Ausführung ist zentrisch zwi­ schen den Stäben 3 ein Druckmittelzylinder 4 angeordnet, an dessen Taumelkolben 4b Kugeln 5a angeordnet sind, die in ent­ sprechende kegelförmige Anbohrungen 5b in der Tragplatte 2 eingreifen. Die Fig. 7 und 8 zeigen die Anordnung eines Werkstückgreifers 6, wobei in Fig. 7 die verschiedenen auf diesen Werkstückgreifer 6 einwirkenden Kräfte dargestellt sind. Es handelt sich um Verschiebekräfte Fb, die Druckkraft Fd, die Zugkraft Fz und das auf den Werkstückgreifer 6 aus­ geübte Drehmoment Md um alle Achsen, wobei nur die Z-Achse dargestellt ist.

In Fig. 8 ist eine resultierende Überlastkraft FR dargestellt, die die vom Druckmittelzylinder 4 aufgebrachte Haltekraft übersteigt. Die am Werkstückgreifer 6 angreifende Überlast­ kraft FR, die die auf den Taumelkolben 4b ausgeübte Druck­ kraft übersteigt, drückt die Kugeln 5a demgemäß aus den An­ bohrungen 5b der Tragplatte 2; die Tragplatte 2 kann demgemäß verschoben und gekippt werden, wie dies die Fig. 8 im Verhält­ nis zur Fig. 7 zeigt. Die bei der Ausführungsform nach den Fig. 7 und 8 längenunveränderlichen Stäbe 3, die starr mit an ihren Enden ausgebildeten kugelringförmigen Lagerver­ dickungen 3c ausgeführt sind, können hierbei von den ent­ sprechenden Lagerschalen 1a, 2a in der Grundplatte 1 bzw. Tragplatte 2 abgehoben werden. Diese Situation ist in der linken Hälfte der Fig. 8 dargestellt. Bei Auftreten der in Fig. 8 angedeuteten Überlastkraft FR weicht der Werkstück­ greifer 6 demgemäß aus, um Beschädigungen zu vermeiden.

In den Fig. 9 und 10 ist anhand eines Ausführungsbeispiels dargestellt, wie der Taumelkolben 4b gegen Verdrehungen im Zylindergehäuse 4 gehalten wird. Zu diesem Zweck ist der Taumelkolben 4b auf seiner Mantelfläche mit einer Axialnut 4c versehen, in die ein Stift 7 eingreift, der auf einer um vor­ gegebene Werte verformbaren Brücke 8 angeordnet ist, die ihrerseits am Zylindergehäuse 4a befestigt ist. Beim Auf­ treten eines Drehmoments Md um die Z-Achse gemäß Fig. 10 wird diese Brücke 8 zwar verformt; der Taumelkolben 4b wird jedoch an einer Verdrehung gegenüber dem Zylindergehäuse 4a ge­ hindert.

Die jeweilige Belastung der Tragplatte 2 durch auf das Wirk­ system einwirkende Kräfte wird durch Meßelemente gemessen, die unterschiedlich ausgebildet sein können. Beim ersten Aus­ führungsbeispiel nach den Fig. 1 und 2 sind an den Stäben 3 Dehnmeßstreifen 9 angeordnet, die die auf die Stäbe 3 ein­ wirkende Kräfte messen. Gemäß den Fig. 9 und 10 ist auch die Brücke 8 mit derartigen Dehnmeßstreifen 9 versehen, so daß auch das auftretende Drehmoment Md gemessen werden kann. Bei der zweiten Ausführungsform nach Fig. 3 sind zwischen Grundplatte 1 und dem zugehörigen Befestigungsflansch 10 des Roboterarmes Quarze 11 als Meßelemente angeordnet, die eben­ falls in der Lage sind, die insgesamt auf das Wirksystem ein­ wirkenden Kräfte zu messen. Die Messungen erfolgen hierbei unter Verwendung geeigneter Meßverstärker.

Mit Hilfe der unter Verwendung der Dehnmeßstreifen 9 bzw. Quarze 11 gemessenen Werte ist es möglich, die beispielsweise mit Hilfe des Druckmittelzylinders 4 auf die Stäbe 3 ausge­ übte Zugkraft abzubauen und damit die starre Kupplung zwi­ schen Tragplatte 2 und Grundplatte 1 aufzuheben, sobald die resultierende Kraft auf die Tragplatte 2 eine vorgegebene Kraft übersteigt. Die Auslösekraft ist hierbei vom Druck ab­ hängig, der entweder auf den Taumelkolben 4b oder auf die Kolben 3b der Teleskopstäbe 3a wirkt. Die Auslösekraft kann auf diese Weise stufenlos gesteuert werden, beispielsweise über Proportional-Druckregelventile in Abhängigkeit des je­ weils verwendeten Greifers oder Werkzeuges.

In Fig. 11 ist eine Überwachungseinheit schematisch darge­ stellt, die eine Auswerte-Elektronik 12 mit einem Mikropro­ zessor 13 umfaßt. Über ein aufsteckbares Bedienmodul 14 werden bei dieser Ausführungsform die Grenzwerte für mehrere erforderliche Meßbrücken 15 vorgegeben. Die aktuellen Meß­ werte werden beispielsweise mit Dehnmeßstreifen 9 erfaßt. Im Betrieb werden die durch die Meßbrücken 15 gemessenen Bela­ stungen entweder direkt oder nach entsprechendem Umformen der Meßwerte mit den in der Auswerte-Elektronik 12 gespeicherten Grenzdaten verglichen. Nach im Programm vorgegebenen Kri­ terien erfolgt sodann die Entscheidung, ob eine Überlast vor­ liegt, damit die starre Verbindung zwischen Grundplatte 1 und Tragplatte 2 aufgehoben werden kann. In diesem Fall wird das Druckmittel (Luft oder Hydraulikflüssigkeit) über ein Ventil aus dem Druckmittelzylinder 4 bzw. den Teleskopstäben 3a ab­ gelassen, so daß die Kupplung nachgiebig wird und sich die Tragplatte 2 gegenüber der Grundplatte 1 verschieben bzw. verdrehen und kippen kann.

Anstelle einer Eingabe der Grenzwerte über das in Fig. 11 dar­ gestellte Bedienmodul 14 können die Grenzwerte auch durch die übergeordnete Steuerung, z.B. NC-Steuerung, aufgegeben werden, wie dies der Doppelpfeil links des Bedienmoduls 14 in Fig. 11 andeutet. Außerdem ist es möglich, die Grenzwerte für den jeweiligen Arbeitsschritt mit Hilfe der Kraft- und Momentensensoren (z.B. Meßbrücken 15) die vorzugebenden Grenzwerte zu messen und in der Steuerung als Sollwerte abzu­ legen. Für dieses Teach-In-Verfahren ist der zu überwachende Arbeitsvorgang einmal ordnungsgemäß durchzuführen, wobei die jeweils auftretenden Belastungen plus einem erlaubten Toleranzbetrag in der Auswerte-Elektronik 12 gespeichert werden.

In Fig. 12 ist schließlich eine mögliche Arbeitsweise der in Fig. 11 dargestellten Überwachungseinheit anhand eines Signal­ flußplanes dargestellt.

Bezugszeichenliste

 1 Grundplatte
 1a Lagerschale
 2 Tragplatte
 2a Lagerschale
 3 Stab
 3a Teleskopstab
 3b Kolben
 3c Lagerverdickung
 4 Druckmittelzylinder
 4a Zylindergehäuse
 4b Taumelkolben
 4c Axialnut
 5 Verdreh- und Verschiebesicherung
 5a Kugel
 5b Anbohrung
 5c Lagerplatte
 5d Mittelsäule
 5e Keilfläche
 5f Keilfläche
 6 Werkstückgreifer
 7 Stift
 8 Brücke
 9 Dehnmeßstreifen
10 Befestigungsflansch
11 Quarz
12 Auswerte-Elektronik
13 Mikroprozessor
14 Bedienmodul
15 Meßbrücke
Fb Verschiebekraft
Fd Druckkraft
Fz Zugkraft
FR Überlastkraft
Md Drehmoment

Claims (14)

1. Vorrichtung zur lösbaren Verbindung eines Werkzeuges, Greifers, Meßgerätes oder anderen Wirksystems mit dem Arm eines Roboters oder dergleichen mit einer am Roboterarm befestigten Grundplatte (1) und einer das Wirksystem vorzugsweise unter Verwendung eines Werkzeugwechselsystems aufnehmenden Tragplatte (2), wobei zwischen der Tragplatte (2) des Wirksystems und der am Roboterarm angeordneten Grundplatte (1) eine bis zu einer vorherbestimmbaren Belastungsschwelle starre Überlastkupplung angeordnet ist, deren Belastungsschwelle über mindestens einen von außen ansteuerbaren Druckmittelzylinder veränderlich ist und die bei Überschreiten der Belastungsschwelle innerhalb eines der möglichen Freiheitsgrade des Systems ein Ausweichen der Tragplatte (2) mit dem Wirksystem gegenüber der Grundplatte (1) ermöglicht, dadurch gekennzeichnet, daß die Tragplatte (2) durch drei ausschließlich auf Zug belastbare, an beiden Enden gelenkig gelagerte Stäbe (3) mit der Grundplatte (1) verbunden ist, wobei die Stäbe (3) durch eine der jeweils vorgegebenen Belastungsschwelle entsprechende Kraft belastet sind, und daß zwischen der Tragplatte (2) und der Grundplatte (1) eine Verdreh- und Verschiebesicherung (5) angeordnet ist, deren Auslösekraft ebenfalls von der jeweils vorgegebenen Belastungsschwelle abhängt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Stäbe (3) jeweils als druckmittelzylinderartige Teleskopstäbe (3a) ausgebildet sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Verdreh- und Verschiebesicherung (5) als an einer der beiden Platten (1 bzw. 2) starr angeordnete Mittelsäule (5d) ausgebildet ist, die über formschlüssige Kupplungsflächen mit entsprechenden Gegenflächen der je­ weils anderen Platte (2 bzw. 1) zusammenwirkt und bei Über­ schreiten der vorgegebenen Kraft durch eine Längenänderung mindestens einer der druckmittelzylinderartigen Teleskop­ stäbe (3a) auslöst.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sämtliche Stäbe (3) gemeinsam durch einen mittig zwischen den Platten (1, 2) angeordneten Druckmittelzylinder (4) belastet sind.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1 und 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Kolben des Druckmittelzylinders (4) als Taumelkolben (4b) mit balliger Umfangsfläche ausgebildet ist, der einerseits unverdrehbar in dem mit der einen Platte (1) verbundenen Zylindergehäuse (4a) gehalten und andererseits über die Verdreh- und Verschiebesicherung (5) mit der anderen Platte (2) zusammenwirkt.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Verdreh- und Verschiebesicherung durch drei Kugeln (5a) gebildet ist, die an der der druckmittelbeaufschlagten Kolbenfläche gegenüberliegenden Fläche des Taumelkolbens (4b) angeordnet sind und jeweils in eine kegelförmige Anbohrung (4b) in der gegenüberliegenden Platte (2) eingreifen.

7. Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Taumelkolben (4b) gegen Verdrehen im Zylinder­ gehäuse (4a) durch einen Stift (7) gehalten ist, der auf einer um vorgegebene Werte verformbaren, am Zylindergehäuse (4a) befestigten Brücke (8) angeordnet ist, ohne die Taumelbewegung zu beschränken.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1, 4 bis 7, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Stäbe (3) starr mit an ihren Enden ausgebildeten kugelringförmigen Lagerverdickungen (3c) aus­ geführt sind, die in entsprechenden Lagerschalen (1a, 2a) der Platten (1, 2) verschwenkbar und axial verschiebbar geführt sind.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1, 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Stäbe (3) als biegeweiche Zug­ streben, vorzugsweise Stahlseile, ausgebildet sind.

10. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1, 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Stäbe (3) als gegenüber der Normalstellung bei Überschreiten der durch den Druckmittel­ zylinder (4) aufgebrachten Kraft verkürzbare Teleskopstäbe ausgebildet sind.

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Druck entweder in den druckmittel­ zylinderartigen Teleskopstäben (3a) oder im Druckmittel­ zylinder (4) mit Taumelkolben (4b) bei Überschreiten der vorgegebenen Belastung aufgrund von gemessenen Werten zur Freigabe der starren Verbindung zwischen Grund- und Trag­ platte (1, 2) abgesenkt wird.

12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die jeweilige Belastung der Tragplatte (2) durch auf das Wirksystem einwirkende Kräfte durch an den Stäben (3) und/oder an der Verdreh- und Verschiebesicherung (5) angebrachte Meßelemente (9, 11) gemessen wird.

13. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die jeweilige Belastung der Tragplatte (2) durch auf das Wirksystem einwirkende Kräfte durch zwischen der Grund­ platte (1) und dem Roboterarm angebrachte Meßwertgeber, vorzugsweise Quarze (11) oder Dehnmeßstreifen (9), gemessen wird.

14. Vorrichtung nach Anspruch 11 bis 13, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die für die einzelnen Meßstellen zulässigen Belastungen in einer einen Mikroprozessor (13) enthaltenden Auswerte-Elektronik (12) gespeichert sind.