DE3721274C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Begrenzung des Schwenkbereiches von mittels eines ansteuerbaren Antriebes rotatorisch bewegbaren Bauteilen, wie Säulen und Schwenk­ armen von Handhabungs- und Fertigungssystemen, in Form verstell- und arretierbarer Anschläge, die an einem orts­ festen Grundkörper gehaltert und zur Auslösung eines auf den Antrieb wirkenden Abschaltimpulses von einem am drehbaren Bauteil angeordneten Gegenstück beaufschlagbar sind, und die in ihrer vorgesehenen Position gegenüber dem drehbaren Bauteil mittels einer ansteuerbaren Verriegelungseinheit fixierbar sind, die parallel zur Drehachse des drehbaren Bauteils längsverschieblich gehaltert ist.

Um zu verhindern, daß mit drehbaren Bauteilen versehene Maschinen, wie beispielsweise auch als Industrieroboter bezeichnete Handhabungssysteme, bei auftretenden Störungen oder infolge von nach dem Abschalten noch verbleibender Bewegungsenergie Schwenkbewegungen ausführen, die über den ursprünglich vorgesehenen und mittels der Ansteuerung kon­ trollierbaren Winkelbereich hinausgehen, ist es bekannt, an diesen Systemen einstellbare Anschläge vorzusehen. So wird unter anderem auch in der VDI-Richtlinie 2853 ausdrücklich gefordert, daß für die Hauptachsen von Industrierobotern verstellbare Achsbegrenzungen vorzusehen und zu benutzen sind, die insbesondere auch bei Programmierarbeiten, die an solchen Geräten durchgeführt werden, verhindern sollen, daß der Roboter seinen vorgesehenen Arbeitsraum verläßt und auf diese Weise das mit seiner Programmierung erfaßte Personal gefährdet wird.

Derartige Begrenzungen der Achsbewegungen werden teils durch elektro-mechanisch wirkende Anschläge, teils aber auch durch berührungslos arbeitende, z. B. induktive Fühler realisiert, die in jedem Fall mechanisch so ausgelegt sein müssen, daß sie die Bewegungsenergie des zu kontrollierenden drehbeweg­ lichen Bauteils aufzunehmen vermögen. Die Verstellung dieser Anschläge erfolgt bei den bekannten Vorrichtungen dabei manuell mit Hilfe entsprechender Werkzeuge. Da dies ver­ gleichsweise zeitaufwendig ist, führt es dazu, daß in der Praxis oft auf die geforderte Begrenzung des Bewegungsraumes auf ein Minimum verzichtet wird, obwohl daraus sowohl vom Standpunkt der Betriebs- als auch der Arbeitssicherheit Gefährdungen resultieren können.

Ein weiteres Problem ergibt sich daraus, daß in der Praxis häufig nicht ein zusammenhängender, geschlossener Bewegungs­ bereich abgegrenzt werden muß, sondern daß es sich hierbei um einzelne, voneinander getrennte Segmente handelt, die zu unterschiedlichen Zeitpunkten angefahren werden sollen.

Es ist deshalb in der DE-OS 33 09 749 eine Vorrichtung der eingangs genannten Art vorgeschlagen worden, mittels derer die Position eines die Schwenkbewegung begrenzenden Anschlag­ paares ohne manuelles Eingreifen variiert werden kann. Zu diesem Zweck sind bei dieser bekannten Vorrichtung veränder­ lich paarbare Mitnehmer vorgesehen, über die die Stellung des Anschlagpaares in festen Drehwinkel-Teilschritten ver­ ändert werden kann.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine derartige Vorrichtung so auszubilden, daß ohne jegliche Umrüstzeiten die Endpositionen für beide Drehrichtungen individuell einstellbar sind, wobei insbesondere auch der Drehwinkelab­ stand der beiden Endpositionen voneinander veränderbar sein soll und daß diese Endpositionen auch bei einer Störung der Energiezufuhr zuverlässig fixiert sind. Darüber hinaus soll diese Vorrichtung die Möglichkeit bieten, mit einfachen Mitteln eine Erweiterung auf mehrere derartige Bewegungs­ segmente vornehmen zu können, die in ihrer Lage zueinander sowie in ihrer jeweiligen Größe unabhängig voneinander variierbar sein sollen.

Die Erfindung löst diese Aufgabe durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruches 1.

Vorteilhafte Weiterbildungen, die insbesondere einen möglichst einfachen und funktionssicheren Aufbau der er­ findungsgemäßen Vorrichtung zum Gegenstand haben, sind in den weiteren Ansprüchen 2 bis 7 angegeben. Im Anspruch 8 ist schließlich eine konstruktiv einfache Möglichkeit zur Er­ weiterung der erfindungsgemäßen Vorrichtung im Hinblick auf die Begrenzung mehrerer Segmente angegeben.

Im folgenden soll die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert werden. Es zeigt

Fig. 1 einen vertikalen Schnitt durch ein Hand­ habungssystem, das mit einer Vorrichtung gemäß der Erfindung ausgerüstet ist und

Fig. 2 einen horizontalen Schnitt durch die gleiche Anordnung.

In den Figuren sind gleiche Bauteile mit den gleichen Bezugszeichen versehen.

Bei der in Fig. 1 gezeigten Anordnung handelt es sich um den Fuß- oder Sockelbereich eines Industrieroboters oder Hand­ habungssystems. Auf einem Fundament 1 ist dabei ein Grundkörper bzw. ein Grundgestell 2 fest montiert, indem eine Säule 3 um eine in diesem Fall vertikale Achse A drehbeweglich gelagert ist. Der Antrieb der Säule 3 erfolgt über eine hier nicht dargestellte ansteuerbare bzw. programmierbare Antriebseinheit. Am Grundkörper ist mittels Winkelprofilen 4 ein Tragring 5 gehaltert, auf dem in einer Führung 6 ein erster Ring 7 konzentrisch und drehbeweglich aufliegt. Dieser Ring 7 ist mit einer Innenverzahnung versehen und trägt an seiner Außenseite einen Anschlag 8. Auf dem ersten Ring 7 liegt, ebenfalls konzentrisch und mit gleichem Außen­ durchmesser, ein zweiter Ring auf, der durch eine Führung 10 am Ring 7 in seiner konzentrischen Lage fixiert ist. Auch dieser Ring 9 ist mit einer Innenver­ zahnung versehen und trägt auf seiner Außenseite einen Anschlag 11.

Schließlich ist oberhalb der beiden Ringe 7 und 9 ein weiterer Ring 12 vorgesehen. Dieser ist fest mit der drehbaren Säule 3 verbunden und trägt an seiner Außen­ seite ein Gegenstück 13, das so angeordnet ist, daß es, in radialer Richtung zwischen den beiden Anschlägen 8 und 11 liegt und dessen Erstreckung in vertikaler oder axialer Richtung so gewählt ist, daß es diese beiden Anschläge zu beaufschlagen vermag.

Wie weiterhin aus Fig. 1 ersichtlich ist, ist am Grundkörper 2, auf einer Konsole 14, ein Pneumatik­ zylinder 15 angeordnet. Dieser Pneumatikzylinder 15 beaufschlagt eine Verriegelungseinheit 16, die am Grund­ körper 2 in axialer Richtung gleitend verschieblich gehaltert ist und die der Verriegelung der beiden die Anschläge 8 und 11 tragenden Ringe 7 und 9 dient. Die Verriegelungseinheit 16 besteht dabei, wie aus Fig. 2 ersichtlich ist, aus einem eine Außenverzahnung tragen­ den Zahnsegment 17, das auf seiner dem Grundkörper 2 zugewandten Fläche eine schwalbenschwanzförmige Nut trägt, die mit einer entsprechenden, fest mit dem Grundkörper 2 verbundenen Schwalbenschwanzführung 18 zusammenwirkt. Das Zahnsegment 17 ist dabei innerhalb einer entsprechend dimensionierten Ausnehmung 19 des Tragringes 6 in vertikaler Richtung frei beweglich.

Wie aus den Fig. 1 und 2 hervorgeht, sind im Fall des hier dargestellten Ausführungsbeispiels der Erfindung die Durchmesser der Innenverzahnungen der beiden Ringe 7 und 9 in der Weise unterschiedlich gewählt, daß der Innendurchmesser des unteren Ringes 7 größer ist als derjenige des oberen Ringes 9. Ent­ sprechend weist auch das Zahnsegment 17 eine abgestufte Außenform derart auf, daß zwei außenverzahnte Bereiche gegeneinander so abgesetzt sind, daß der obere dieser Bereiche mit der Innenverzahnung des Ringes 9 und der untere Bereich mit der Innenverzahnung des Ringes 7 in Eingriff bringbar ist. Darüber hinaus ist die Erstreckung dieser Bereiche in axialer Richtung kleiner gewählt als die Dicke der Ringe 7 bzw. 9, so daß es durch die Ansteuerung einer gewissen Höhenposition des Zahnsegmentes 17 möglich ist, nur einen der beiden Ringe, in diesem Fall den Ring 7, zu verriegeln, während der andere noch frei drehbar ist.

Fig. 2 zeigt, daß es außerdem möglich ist, an der Säule 3 ein weiteres Bauteil, beispielsweise einen Arm 20, anzuordnen, der um eine in diesem Fall horizontale Achse B verschwenkbar gehaltert ist und bei dem eben­ falls eine Vorrichtung wie vorstehend beschrieben vorge­ sehen sein kann, um auch dessen Schwenkbereich zu begrenzen. Es ist ferner möglich, am Grundkörper 2 ober- oder unterhalb der Ringe 7 und 9 weitere Ringe vorzusehen, um eine Segmentierung für zwei verschiedene Bewegungsbereiche zu erreichen. Zusätzliche Ringe mit entsprechenden Anschlägen können zum gleichen Zweck ferner auch inner- oder außerhalb des Ringpaares 7 und 9 vorgesehen sein.

Anzumerken ist schließlich noch, daß es sich im Fall des hier gezeigten Ausführungsbeispiels der Erfindung bei den Anschlägen 8 und 11 um mechanische Endschalter handelt, die zusätzlich mit berührungslosen Endschaltern ausgerüstet sind. In gleicher Weise können aber auch ausschließlich mechanische Endschalter oder reine Näher­ ungssensoren, beispielsweise als induktive Bauelemente, vorgesehen sein.

Soll mit der vorstehend beschriebenen Anordnung der Bewegungsbereich der Säule 3 begrenzt werden, so wird zunächst der Pneumatikzylinder 15 drucklos geschaltet und so die Verriegelungseinheit 16, d. h. das Zahnsegment 17, außer Eingriff mit den Ringen 7 und 9 gebracht, die somit lose auf dem Tragring 6 aufliegen. Durch Ver­ drehen der Säule 3 wird das Gegenstück 13 zum Anliegen am Anschlag 8 des Ringes 9 gebracht. Bei weiterem Verdrehen der Säule 3 wird nunmehr über den Anschlag 8 der Ring 7 so weit mitgenommen, bis der Anschlag 8 die gewünschte Position einnimmt. Anschließend wird durch partielles Ausfahren des Pneumatikzylinders 15 und damit des Zahnsegmentes 17 der Ring 7 verriegelt. Nunmehr wird durch Verdrehen der Säule 3 das Gegenstück 13 gegen den am Ring 9 befindlichen Anschlag 11 gefahren und der Ring 9 auf die oben beschriebene Weise ebenfalls so weit verfahren, bis der Anschlag 11 die angestrebte Position einnimmt. Durch vollständiges Aus­ fahren des Pneumatikzylinders 15 wird jetzt über das Zahnsegment 17 auch der Ring 9 in seiner Position verriegelt.

Die so in ihrer Position arretierten Anschläge 8 und 11 definieren nunmehr einen Winkelbereich, innerhalb dessen ein Verschwenken der Säule 3 möglich ist, darüber hinausgehende Schwenkbewegungen werden durch das Zusammenwirken der Anschläge 8 und 11 mit dem Gegenstück 13 dadurch unterbunden, daß durch das An­ sprechen eines der in den Anschlägen befindlichen Endschalter die Energiezufuhr für den Antrieb der Säule 3 sofort unterbrochen wird. Überdies wirken die An­ schläge 8 und 11 zusätzlich als rein mechanisch wirkende Bremsen für die Säule 3.

Anzumerken ist noch, daß während des vorstehend be­ schriebenen Einstellvorganges der Zugriff der in den Anschlägen 8 und 11 befindlichen Endschalter auf den Antrieb für die Säule 3 außer Funktion gesetzt wird, um ein Verdrehen trotz Anliegens an einem der Anschläge zu ermöglichen.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung bietet dabei die Mög­ lichkeit, die Anschläge für die Begrenzung eines Bewegungssegmentes zu versetzen, indem die vorgesehenen Endpositionen über einen Steuerschrank oder über ein Programmierhandgerät in die Kontrolleinheit für die Ansteuerung der Säule 3 eingegeben werden. Die Rück­ meldung über das Erreichen der vorgesehenen Positionen für die Anschläge kann dabei beispielsweise auf einer Anzeigeneinheit in Form eines Displays erfolgen. In dem z. B. eine Programmierung des Handhabungssystems nur dann erfolgen kann, wenn eine Kontrolleinheit bestätigt, daß die durch die Anschläge bewirkte Begrenzung des Bewegungsbereiches aktiviert ist, kann eine Gefährdung des Programmierpersonals zuverlässig ausgeschlossen werden.

Weiterhin ist es möglich, eine nachträgliche automatische Feinabstimmung der jeweiligen Positionen der beiden das Bewegungssegment begrenzenden Anschläge in der Weise vorzunehmen, indem diese nach erfolgter Programmierung aus den maximal im Arbeitsprogramm vorgesehenen Positionen abgeleitet wird. Schließlich kann die Mög­ lichkeit vorgesehen werden, daß die segmentierten Sicherheitsbereiche unter Einbeziehung zusätzlicher Sicherheitsmaßnahmen, wie z. B. reduzierte Schwenkgeschwindig­ keit oder Aktivierung nur von einem außerhalb des Bewegungsbereiches gelegenen separaten Bedienungstableau aus, verlassen werden können um entweder bei der Programmierung von einem Bereich in den anderen zu gelangen oder aber um eine außerhalb der Bewegungs­ segmente liegende Wartungsposition anzufahren.

Claims (8)

1. Vorrichtung zur Begrenzung des Schwenkbereiches von mittels eines ansteuerbaren Antriebes rotatorisch beweg­ baren Bauteilen, wie Säulen und Schwenkarmen von Hand­ habungs- und Fertigungssystemen, in Form verstell- und arretierbarer Anschläge, die an einem ortsfesten Grund­ körper gehaltert und zur Auslösung eines auf die Antriebs­ einheit wirkenden Abschaltimpulses von einem am drehbaren Bauteil angeordneten Gegenstück beaufschlagbar sind, und die in ihrer vorgesehenen Position gegenüber dem drehbaren Bauteil mittels einer ansteuerbaren Verriegel­ ungseinheit fixierbar sind, die parallel zur Drehachse des drehbaren Bauteils längsverschieblich gehaltert ist, dadurch gekennzeichnet, daß auf einem am Grundkörper (2) gehalterten Tragring (5) wenigstens ein Ringpaar (7, 9) gelagert ist, wobei die Ringe (7, 9) konzentrisch überein­ ander angeordnet und drehbeweglich sind, jeweils mit einer Innenverzahnung versehen sind und auf ihrer Außen­ seite jeweils einen Anschlag (8, 11) tragen, und daß die Verriegelungseinheit (16) für die Ringe mit einer mit der Innenverzahnung der Ringe (7, 9) in Eingriff bringbaren Außenverzahnung versehen ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verriegelungseinheit (16) als mit einer schwalbenschwanzförmigen Nut versehenes Zahnsegment (17) ausgebildet ist und daß am Grundkörper (2) eine parallel zur Drehachse (A) des drehbaren Bauteiles (3) verlaufende Schwalbenschwanzführung (18) angeord­ net ist, auf der das Zahnsegment gehaltert ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß zur Ansteuerung der Verriegelungsein­ heit (16) ein Pneumatikzylinder (15) vorgesehen ist.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Tragring (5) im Bereich der Verriegelungseinheit (16) eine innere Ausnehmung (19) aufweist.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß am drehbeweglichen Bau­ teil (3) ein weiterer Ring (12) angeordnet ist, der oberhalb der Ringe (7, 9) liegt und an dessen Außen­ seite das Gegenstück (13) gehaltert ist.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Anschläge (8, 11) als mechanische Endschalter ausgebildet sind.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Anschläge (8, 11) als berührungslos arbeitende Annäherungsschalter ausge­ bildet sind.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich zu dem Ringpaar (7, 9) wenigstens ein weiteres, gleichartig aufgebautes und mit einem weiteren Gegenstück zu­ sammenwirkendes Ringpaar vorgesehen ist.