DE4032732A1 - Sicherheitsvorrichtung eines industrie-roboters - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Sicherheitsvorrichtung eines Industrie-Roboters.

Demgemäß betrifft die Erfindung einen Industrie-Roboter, der in jeglicher Linie eines Fabrik-Automations-Systems, das nachstehend kurz FA-System genannt wird, auf einem in­ dustriellen Gebiet einsetzbar ist, wobei insbesondere eine Sicherheitsvorrichtung zur Betriebsunterbrechung bzw. zum Anhalten eines Industrie-Roboters bzw. industriellen Hand­ habungsgeräts in Notfallsituationen oder bei Sicherheitsun­ fällen und Ereignissen geschaffen werden soll.

Ein Industrie-Roboter für FA-Systeme in Arbeitsabläufen auf dem industriellen Sektor ist in verschiedensten Weisen ent­ wickelt worden. Beispielsweise wurde ein Roboterarm inner­ halb seiner begrenzten Bewegungsreichweite hin und her be­ wegt, wobei ein Antriebsmittel, wie ein pneumatisches Drucksystem oder ein Öldrucksystem benutzt wurde, um damit einen vorgegebenen Arbeitsablauf automatisch durchführen zu können.

Darüber hinaus sind Nachteile vorhanden, da Sicherheitsun­ fälle oder Notfallsituation häufig aufgetreten sind, wenn ein Arbeiter selbst versehentlich in einen Arbeitsbereich eines Roboterarms gelangte oder einen entsprechenden Ein­ griff machte oder eine Fremdsubstanz, die den Arbeitsablauf eines Roboterarms stören konnte, in den Arbeitsbereich hin­ einragte oder während des Betriebs eines Roboters unnöti­ gerweise in den Bereich gelangte.

Unter Bezugnahme auf Fig. 1 wird ein herkömmliches, ty­ pisches Beispiel nachfolgend im einzelnen beschrieben, wo­ bei Fig. 1 eine Druckmittelschaltung zeigt, die in einer Antriebssteuervorrichtung eines Roboterarms verwendet wird.

Die Schaltung ist derart aufgebaut, daß der in einem Luft­ kompressor oder in einem Öldruckerzeuger 1 erzeugte Druck das in einem Speicherbehälter 2 gespeicherte Druckmedium nach außen drückt und das unter einem vorbestimmten Druck daraus abgegebene Öl ist über eine Druckreguliereinrichtung 3, einen Ölfilter 4 und eine Richtungs-Schalteinrichtung 5 geführt und betätigt anschließend eine Antriebseinrichtung 7 zur Betätigung eines Roboterarms. In diesem Ablauf ver­ gleichmäßigt die Druckreguliereinrichtung 3 den eingangs­ seitig zugeführten Öldruck. Das Ölfilter 4 macht das Druck­ medium von Verunreinigungen frei. Die Richtungs-Schaltein­ richtung 5 ist vom Typ eines Dreianschluß-Zweipositions- Schaltventils, das es ermöglicht, daß das Druckmedium durch ein Fließen über die Glieder 6A und 6B auf beide Enden der die Antriebskraft erzeugenden Einrichtung 7 gegeben wird oder das Druckmedium von dort zurückfließen läßt. Aus die­ sem Grund führt die Hin- und Her-Bewegung des energieüber­ tragenden Kraftübertragungsgliedes 7A in der die Antriebs­ kraft erzeugenden Einrichtung 7 eine bestimmte Arbeit einer Last bzw. Größe W durch, wobei die Last mit dem vorderen Ende des Kraftübertragungsgliedes 7A verbunden ist.

Jedoch konnte man hierbei nicht eine ausreichende Sicher­ heit gewährleisten, da die Anlage nicht mit einer Brems­ oder Unterbrechungseinrichtung zum Stoppen des Betriebs des Mechanismus während des Betriebs ausgestattet war. Das heißt, es konnten Sicherheitsunfälle auftreten, wenn eine anormale Situation im Arbeitsbereich existierte.

Auch weist ein Roboter normalerweise eine Vielzahl von Ar­ men auf, die die Arbeitsabläufe ähnlich zueinander oder unterschiedlich voneinander durchführen, um ihre Operatio­ nen mittels einer darin angebrachten einzigen bzw. einzel­ nen Steuereinheit zu kontrollieren. Wenn daher in einem Zeitpunkt eine vorbestimmte Arbeit durchzuführen ist, wobei ein Teil der Vielzahl der Arme benötigt wird, können Arme, die nur hierfür erforderlich sind, nicht alleine bzw. teil­ weise betrieben werden, sondern es müssen alle Arme betä­ tigt werden, was zu einer unnötigen Energieverschwendung führt. Sofern irgendein Arm oder Teile von Armen defekt wa­ ren, konnten die entsprechenden, für Reparatur bestimmten Arme während des Betriebes des Mechanismus′ nicht gestoppt werden. Dies machte die Reparaturarbeit mühsam, da alle Me­ chanismen eines Roboters einschließlich der Arme, die für die Reparatur nicht notwendig waren, angehalten werden muß­ ten, so daß die Produktivität abnahm.

Unter Berücksichtigung dieser vorausgehend genannten Pro­ bleme liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Sicherheitsvorrichtung für einen Industrie-Roboter zu schaffen, der einen relativ hohen Sicherheitsstandard, hohe betriebsmäßige Effizienz und Produktivität hat, wobei es möglich sein soll, die Arme intermittierend bzw. zeitweise nur teilweise, z. B. nur bestimmte Arme, zu betreiben.

Hierdurch kann eine Reduzierung des Energieverbrauchs und die Möglichkeit geschaffen werden, entsprechende Arme auch während des Betriebs eines Roboters zu reparieren.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils des Anspruchs 1 gelöst.

Die Erfindung weist eine Unterbrechungseinrichtung eines Schaltventiltyps mit zwei Anschlüssen und zwei Positionen auf, die zwischen einer Filtereinrichtung und einer Rich­ tungs-Schalteinrichtung einer Druckmittelschaltung instal­ liert ist, um das Druckmittel aufgrund eines Signals eines Steuergliedes zum Stoppen des Antriebs auf dem Weg von ei­ ner Erzeugungseinrichtung für die Antriebskraft zu unter­ brechen, wenn die anormale Situation in der Nähe eines unteren Punktes eines Kraftübertragungsgliedes auftritt, ebenso wie für die automatische Abgabe des Druckmediums, das in einer Erzeugungseinrichtung für die Antriebskraft aufgenommen wurde aus dem externen Bereich , um den Betrieb der Erzeugungseinrichtung für die Antriebskraft zu stoppen.

Auf diese Weise wird das Auftreten von Sicherheitsunfällen aufgrund von Notfallereignissen der Verletzung eines Arbei­ ters in einem Arbeitsbereich vermieden und es wird eine re­ lativ hohe Sicherheit, Betriebseffizienz und Produktivität für Anwender erreicht, wenn Teile von Roboterarmen inter­ mittierend bzw. aussetzend betrieben werden können.

Die Erfindung wird unter Bezug auf die nachstehenden Figu­ ren noch näher erläutert. Hierbei zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Druckmedium­ schaltung, die in einer Antriebssteuereinrichtung eines herkömmlichen Industrie-Roboters verwendet ist;

Fig. 2 eine schematische Darstellung einer Druckmedium­ schaltung, die in einer Antriebssteuereinrichtung eines Industrie-Roboters vorgesehen ist, der eine Antriebssicherheitseinrichtung gemäß der Erfindung aufweist und

Fig. 3 eine elektrische Schaltung, die eine Sicherheits­ antriebseinrichtung gemäß der Erfindung darstellt.

In den Fig. 2 und 3 ist eine Druckmittelschaltung darge­ stellt, die in einer Antriebssteuerung eines Roboterarms für FA-Systeme auf industriellen Anwendungsgebieten verwen­ det werden kann.

Eine Druckerzeugungseinrichtung 1 erzeugt den Druck zur Ab­ gabe von Druckmedium, wie Luft oder Öl, unter einem vorbe­ stimmten Druck. Der Druck der Druckerzeugungseinrichtung 1 übt einen Druck auf das im Vorratsbehälter 2 gespeicherte Druckmedium aus, um dieses zwangsweise durch eine Druckre­ guliereinrichtung 3 und eine Filtereinrichtung 4 zu führen. Die Filtereinrichtung 4 entfernt Fremdsubstanzen oder Fremdkörper, die im Druckmedium enthalten sind, so daß nur reines bzw. einwandfreies Druckmedium über die Unterbre­ chungseinrichtung 8 auf die Richtungs-Schalteinrichtung 5 eines Ventiltyps mit drei Anschlüssen und zwei Positionen gegeben wird. Die Richtungs-Schalteinrichtung 5 gibt auf die Antriebskraft-Erzeugungseinrichtung 7 Druckmedium ab und umgekehrt, oder unterbricht die Versorgung mit Druckme­ dium, wobei dies unter Verwendung einer Fließverbindung über die Glieder 6A und 6B realisiert wird, die in der Nähe der beiden Enden der Erzeugungseinrichtung 7 für die An­ triebskraft verbunden sind. Aufgrund dessen ist ein Kraft­ übertragungsglied 7A, das gleitend in der Erzeugungsein­ richtung 7 für die Arbeitskraft angebracht ist, entspre­ chend dem Fluß des Druckmediums hin und her bewegt, um eine vorbestimmte Arbeit der Größe W in einer bzw. über eine vorbestimmte Wegstrecke durchzuführen.

Hierbei ist die Unterbrechungseinrichtung 8 mittels eines Durchflußgliedes 6 zwischen der Filtereinrichtung 4 und ei­ ner Richtungsschalteinrichtung 5 mit diesen Einheiten ver­ bunden, um Druckmedium an die Richtungsschalteinrichtung 5 zu geben oder das Druckmedium davon zu unterbrechen, ebenso wie Druckmedium aus diesem Mechanismus abzugeben.

Auch wenn die Unterbrechungseinrichtung 8 vom Typ eines Schaltventils mit zwei Anschlüssen und zwei Stellungen ist, wie in Fig. 3 gezeigt, wird das Ventil in Abhängigkeit von der Betriebsweise des Stoppgliedes P1 für den Betrieb auf und ab bewegt, wie ein Schalter, wobei dies derart ge­ schieht, daß ein elektromagnetisches Glied durch den Spu­ lenstrom der Unterbrechungseinrichtung 8 mit Energie beauf­ schlagt wird. Die Unterbrechungseinrichtung 8 beginnt ihren Betrieb mit dem Anstoßen des Betriebsstartgliedes P2. Zu diesem Zeitpunkt wird ein Betriebssteuerglied RY, z. B. ein Relais, betrieben, um Öffnungs-/Schließglieder RYS1 und RYS2 der Betriebssteuerung mit einer Energiequelle zu ver­ binden.

Auf diese Weise wird ein Versorgungsdurchgang 8B und ein Ab­ leitungsdurchgang 8A, die im Körper der Unterbrechungsein­ richtung 8 gebildet sind, selektiv mit dem Umflußglied 6 oder überkreuzend zueinander in Verbindung gebracht, so daß Druckmedium zur Erzeugungseinrichtung 7 der Antriebskraft geleitet oder davon abgeschnitten werden kann.

Der erfindungsgemäße Gedanke wird dann genutzt, wenn die Verbindung mit dem Betriebsstartglied P2 hergestellt wird. Danach wird das Betriebssteuerglied RY so betätigt, daß die Öffnungs-/Schließglieder RYS1 und RYS2 für die Betriebs­ steuerung mit einer Energiequelle verbunden werden, während die Unterbrechungseinrichtung 8 derart betrieben wird, daß die Zulauföffnung 8B mit dem Umflußglied 6 verbunden wird. Auf diese Weise wird das Druckmedium der Erzeugungsein­ richtung 7 für die Antriebskraft zugeführt, um die Arbeit eines Roboterarmes durchzuführen.

Wenn im Gegensatz dazu die anormale Situation auf der Last­ seite der Erzeugungseinrichtung 7 für die Antriebskraft auftritt, wird das Betriebsstoppglied P1 geöffnet, um die Verbindung der Öffnungs-/Schließglieder RYS1 und RYS2 zur Betriebssteuerung mit einer Energiequelle zu unterbrechen. Zu diesem Zeitpunkt wird die Unterbrechungseinrichtung 8 von der Energiequelle getrennt, um wieder initialisiert werden zu müssen. Das bedeutet, daß das Umflußglied 6 zur Führung von Druckmedium mit der Ableitungsöffnung 8A kommu­ niziert, um Druckmedium, das in die Erzeugungseinrichtung 7 geführt ist, abzublocken, wie es in Fig. 2 gezeigt ist, wo­ bei es zwangsweise über die Ableitungsöffnung 8A aus die­ sem Mechanismus ausgeleitet wird. In diesem Fall wird Öl in den Vorratsbehälter 2 zurückgeführt.

Auf diese Weise wird die Erzeugungseinrichtung 7 für die Arbeitskraft an der Stelle bzw. sofort gestoppt, wo sie die Arbeit durchführte, um gefährliche Situationen für den Be­ nutzer aufgrund von Sicherheitsunfällen zu vermeiden, wo­ durch der Sicherheitsgrad erhöht wird. Hierdurch wird be­ wirkt, daß eine Fremdsubstanz auf der Seite der Last W, welche die anormale Betriebsweise des Mechanismus eines Ro­ boters verursacht hat, nicht zu einem Bruch bzw. zu einer Störung von Betriebsgliedern führen kann, die auf der Seite zur Durchführung ihrer vorbestimmten Arbeit angebracht sind, so daß die Sicherheit während des Betriebes in einer Linie erhöht ist.

Andererseits ist es bekannt, daß ein Roboter normalerweise mit einer Vielzahl von Armen ausgestattet ist. Die Erfin­ dung kann deshalb Arme so betreiben, daß die Betriebsweise jedes Arms von der Krafterzeugungseinrichtung 7 für die An­ triebskraft gesteuert wird, wobei die Unterbrechungsein­ richtung 8 verwendet wird. Ebenso kann man damit entspre­ chende Krafterzeugungseinrichtungen 7 für die Antriebskraft teilweise stoppen, wenn Sicherheitsvorfälle auftreten oder anormale Situationen abrupt geschehen. Die Erfindung läßt eine hervorragende Wartung zu, wobei die Reparatur und der Austausch von Teilen erleichtert werden. Auch kann die ent­ sprechende Steuerung des Betriebes, im Hinblick auf Teile der Krafterzeugungseinrichtung 7 für die Antriebskraft, die erforderliche bzw. verbrauchte Energie über die Betriebs­ weise des gesamten Mechanismus′ betrachtet reduzieren.

Claims (1)

1. Sicherheitsvorrichtung eines Industrie-Roboters mit einer Unterbrechungseinrichtung (8) eines Schalt­ ventiltyps mit zwei Anschlüssen und zwei Positionen, die zwischen einer Filtereinrichtung (4) und einer Richtungs-Schaltungseinrichtung (5) einer Druckmit­ telschaltung vorgesehen sind, um ein Druckmittel auf­ grund eines Signals eines Steuergliedes einer An­ triebsstopeinrichtung auf dem von einer Erzeugungs­ einrichtung (7) für die Antriebskraft kommenden Weg abzuschalten, wenn eine abnormale Situation in der Nähe des unteren Bereichs eines Kraftübertragungs­ gliedes (7A) auftritt, und ebenso für die automa­ tische Abgabe des Druckmittels, das in einer Erzeu­ gungseinrichtung für die Antriebskraft aus externem Bereich aufgenommen wurde, um den Betrieb der Erzeu­ gungseinrichtung für die Antriebskraft zu stoppen, wobei das Auftreten von Sicherheitsunfällen verhin­ dert wird und ein relativ hoher Sicherheitsgrad, hohe Betriebseffizienz und Produktivität noch gesteigert werden.