DE4415518A1

DE4415518A1 - Balancing appts. for manually guided manipulators

Info

Publication number: DE4415518A1
Application number: DE19944415518
Authority: DE
Inventors: Wolfgang A Dipl I Bittenbinder
Original assignee: ZASCHE FOERDERTECHNIK GmbH
Current assignee: Demag Cranes and Components GmbH
Priority date: 1994-05-04
Filing date: 1994-05-04
Publication date: 1995-11-09

Abstract

The appts. includes a piston rod of a pneumatic cylinder (13), a load support (20) and an electrical controller. The piston rod acts on the load support which supports a load (21) to be manipulated. A load sensor (19) between the support and piston rod produces a load dependent signal to control an electropneumatic pressure control valve via the electrical controller. A pressure then is fed to the pneumatic cylinder to hold the load stationary.The load sensor, arranged directly adjacent to the support, is designed with regions or elements which accept and propagate bending moments arising from lateral displacement of the centre of gravity of the load w.r.t. the load sensors line of action. Other regions or elements of the sensor are not influenced by the bending moments and are only subjected to the force arising from the load. The latter regions or elements carry electrical measurement elements which output an electrical signal proportional to the load.

Description

Die Erfindung betrifft eine Balanciereinrichtung für handgeführte Manipulatoren, bei der die Kolbenstange eines Pneumatikzylinders auf ein Lastaufnahmemittel für eine zu handhabende Last wirkt, wobei zwischen Kolbenstange und Lastaufnah memittel ein elektrischer Lastsensor eingeschaltet ist, der in Abhängigkeit von der Kraft, die die Last ausübt, ein elektrisches Signal liefert, das unter Zwi schenschaltung eines elektronischen Steuergeräts ein elektro-pneumatisches Druckregelventil so steuert, daß dem Pneumatikzylinder ein solcher pneumati scher Druck zugeführt wird, daß die Last in der Schwebe gehalten wird.The invention relates to a balancing device for hand-held manipulators, in which the piston rod of a pneumatic cylinder on a load suspension device for a load to be handled acts between the piston rod and the load receiver an electrical load sensor is switched on, which is dependent on of the force exerted by the load provides an electrical signal that is circuit of an electronic control unit an electro-pneumatic Pressure control valve controls so that the pneumatic cylinder such a pneumati shear pressure is supplied that the load is held in suspension.

Derartige Einrichtungen sind bekannt und haben sich in der Praxis durchaus bewährt. Als Lastsensor hat man dabei Meßdosen, Zugstäbe od.dgl eingesetzt, die stets dann eine genaue Messung ergaben, wenn die durch den Lastschwerpunkt gehende Senkrechte mit der Lastachse des Lastsensors zusammenfällt. Weisen diese aber einen Parallelversatz auf, was z. B. dann der Fall ist, wenn als Lastauf nahmemittel eine seitlich auskragende Lastgabel zum Untergreifen von Paletten, oder eine seitlich auskragende Greifgabel verwendet wird, so treten wegen der auf den Lastsensor zusätzlich zur Längskraft einwirkenden Momente Fehlmessun gen auf, die ein einwandfreies Ausbalancieren der Last verhindern. Such devices are known and have been used in practice proven. Load cells or tension rods or the like have been used as load sensors always gave an accurate measurement when the through the center of gravity vertical line coincides with the load axis of the load sensor. Point but this a parallel offset on what z. B. is the case when as Lastauf means a laterally projecting load fork for reaching under pallets, or a laterally projecting gripping fork is used, because of the Incorrect measurement moments acting on the load sensor in addition to the longitudinal force conditions that prevent the load from being properly balanced.

Um diesen Nachteil zu umgehen könnte man daran denken, einen Lastsensor zwischen der Kolbenstange und einer Längsführung, die an ihrem unteren Ende das Lastaufnahmemittel trägt, einzubauen. Dann würden die Momente in der Längsführung aufgenommen und könnten somit nicht mehr verfälschend auf die Messung des Lastsensors einwirken. Zu einer praktisch brauchbaren Messung würde man jedoch dabei deshalb nicht kommen, weil die Reibungsbeiwerte der Längsführung, die last-, temperatur-, verschleiß- und verschmutzungsabhängig variieren, die Meßwerte unzulässig verändern würden.To get around this disadvantage you could think of a load sensor between the piston rod and a longitudinal guide at its lower end to carry the load handler. Then the moments in the Longitudinal guidance added and could therefore no longer be falsified on the Act measurement of the load sensor. For a practical measurement however, one would not come here because the friction coefficients of the Longitudinal guidance, which is dependent on the load, temperature, wear and soiling vary, the measured values would change inadmissible.

Es ist deshalb erforderlich, den Lastsensor so nahe wie möglich an der Last anzuordnen. In der Praxis wird dies in der Regel in unmittelbarer Nähe des Lastaufnahmemittels sein.It is therefore necessary to place the load sensor as close to the load as possible to arrange. In practice, this is usually in the immediate vicinity of the Be a load handler.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Lastsensor vorzuschlagen, der in der Lage ist, bei einer solchen Einbausituation den Einfluß von Momenten, die sich aus einem seitlichen Parallelversatz zwischen Lastrichtung und Wirkachse des Sensors ergeben, auszuschalten und nur die von der Last ausgehende Kraft zu messen.The invention has for its object to propose a load sensor, which in is able to withstand the influence of moments in such an installation situation result from a lateral parallel offset between the load direction and the effective axis of the sensor, switch off and only the force emanating from the load to eat.

Diese Aufgabe wird nach der Erfindung dadurch gelöst, daß der Lastsensor, der in unmittelbarer Nähe des Lastaufnahmemittels angeordnet ist, mechanisch oder geometrisch so ausgebildet ist, daß er einerseits Bereiche oder Elemente auf weist, die Biegemomente, die aus einem seitlichen Versatz des Schwerpunktes der Last zu der Wirkungslinie des Lastsensors herrühren, aufnehmen und weiter leiten, und der andrerseits Bereiche oder Elemente aufweist, die von den Biegemomenten unbeeinflußt und nur durch die aus der Last resultierende Kraft beansprucht werden, wobei an den letzteren Bereichen oder Elementen elektri sche Meßelemente zur Abgabe eines der Last proportionalen elektrischen Signals angebracht sind. Bei Anwendung eines derartigen Lastsensors ist es unerheblich, ob der Schwerpunkt der Last in der Wirkungslinie des Lastsensors liegt, oder ob er seitlich dazu versetzt ist. In jedem Falle wird nur die von der Last ausgeübte Kraft gemessen und für die Zumessung des entsprechenden Drucks in den Pneumatikzylinder ausgewertet. This object is achieved according to the invention in that the load sensor, which in is arranged in the immediate vicinity of the load handler, mechanically or is geometrically designed so that it has areas or elements on the one hand points, the bending moments resulting from a lateral offset of the center of gravity the load to the line of action of the load sensor, pick up and continue lead, and which on the other hand has areas or elements that by the Bending moments unaffected and only by the force resulting from the load are claimed, with electri in the latter areas or elements cal measuring elements for delivering an electrical signal proportional to the load are attached. When using such a load sensor, it is irrelevant whether the center of gravity of the load lies in the line of action of the load sensor, or whether he is offset to the side. In any case, only the one exercised by the load Force measured and for the measurement of the corresponding pressure in the Pneumatic cylinder evaluated.

Für die konkrete Auslegung des Lastsensors gibt es verschiedene Möglichkeiten. Er kann beispielsweise als rechteckiger Rahmen ausgebildet sein, der einstückig von einer ihm gegenüber dünnwandigen Platte ausgefüllt ist, wobei an zwei einander diagonal gegenüberliegenden Ecken des Rahmens Anschlußleisten ausgehen, die parallel und im geringem Abstand zu zwei einander gegenüberlie genden Rahmenleisten angeordnet sind, und die so ausgebildet sind, daß sie starr mit angrenzenden Bauteilen verbindbar sind, und wobei an der dünnwandigen Platte Dehnmeßstreifen angeordnet sind. Bei dieser sehr einfachen Ausführung ist durch konstruktive Maßnahmen dafür gesorgt, daß auf den Sensor einwirkende Momente sich nicht auf den steifen Rahmen und die dünnwandige Platte auswir ken, sondern daß deren Verformung, die von den Dehnmeßstreifen erfaßt wird, ausschließlich aus der von der Last ausgeübten Kraft herrührt.There are various options for the specific design of the load sensor. For example, it can be designed as a rectangular frame that is in one piece is filled by a thin-walled plate opposite him, two diagonally opposite corners of the frame terminal strips going out, which were parallel and at a short distance from two to each other ing frame strips are arranged, and which are designed so that they are rigid are connectable to adjacent components, and being on the thin-walled Plate strain gauges are arranged. This is a very simple version ensured by constructive measures that acting on the sensor Moments do not affect the rigid frame and the thin-walled plate ken, but that their deformation, which is detected by the strain gauges, comes exclusively from the force exerted by the load.

Bei dieser Ausführung ist es zweckmäßig, zum Schutz der Dehnmeßstreifen vor mechanischen Beschädigungen die einseitig offenen Ausnehmungen, die durch den Rahmen einerseits und die dünnwandige Platte andrerseits begrenzt sind, mit einer Vergußmasse auszufüllen. In diese Vergußmasse kann gleichzeitig ein Verstärker zur Verstärkung des von den Dehnmeßstreifen ausgehenden elektri schen Signals eingebettet werden.In this version, it is useful to protect the strain gauges from mechanical damage to the unilaterally open recesses caused by the frame on the one hand and the thin-walled plate on the other hand are limited with fill in a sealing compound. In this potting compound can be a Amplifier for amplifying the outgoing electri from the strain gauges signals are embedded.

Eine weitere, ebenfalls sehr einfache Ausführung eines erfindungsgemäßen Lastsensors ergibt sich dadurch, daß er als rechteckiger Rahmen mit durchgehen der mittiger Öffnung ausgebildet ist, dessen horizontale Rahmenleisten deutlich größeren Querschnitt aufweisen, als die beiden diese verbindenden vertikalen Rahmenleisten, an denen Dehnungsaufnehmer, insbesondere Dehnmeßstreifen angebracht sind, wobei die horizontalen Rahmenleisten so ausgebildet sind, daß sie starr mit angrenzenden Bauteilen verbindbar sind. Greift an einem solchen Sensor eine außermittige Kraft an, so wird die eine vertikale Rahmenleiste stärker gelängt, als die andere, oder die andere wird evtl. sogar gestaucht. Es werden also zwei unterschiedliche Meßwerte an den beiden vertikalen Rahmenlei sten erfaßt, deren Summe einen Meßwert für die von der Last ausgeübte Kraft ergibt, der frei vom Einfluß aufgetretener Momente ist. Another, also very simple embodiment of an inventive Load sensor results from the fact that it goes through as a rectangular frame the central opening is formed, the horizontal frame strips clearly have a larger cross section than the two vertical connecting them Frame strips on which strain gauges, in particular strain gauges are attached, the horizontal frame strips are designed so that they are rigidly connectable to adjacent components. Attacks on one Sensor an eccentric force, so the vertical frame bar longer than the other, or the other may even be compressed. It are two different measured values on the two vertical frames Most recorded, the sum of which is a measurement of the force exerted by the load results that is free from the influence of occurring moments.

Bei einer weiteren Ausführung besteht der Lastsensor aus zwei L-förmigen Teilen, die so spiegelbildlich zueinander angeordnet sind, daß ein horizontal er Schenkel des einen Teils in parallelem Abstand zu einem horizontalen Schenkel des anderen Teils und ein vertikaler Schenkel des einen Teils in parallelem Abstand zu einem vertikalen Schenkel des anderen Teils verläuft und daß die vertikalen Schenkel der beiden Teile durch zwei in parallelem Abstand zueinander angeord neten Hebel, die an ihren beiden Enden schwenkbar mit den beiden vertikalen Schenkeln verbunden sind, zu einem Gelenkparallelogramm verbunden sind, wobei ein Federelement den vertikalen Schenkel des einen Teils und den horizon talen Schenkel des anderen Teils unter Zugspannung verbindet und zwischen den horizontalen Schenkein beider Teile, die gleichzeitig so ausgebildet sind, daß sie starr mit angrenzenden Bauteilen verbindbar sind, ein Wegaufnehmer, vorzugs weise ein induktiver Aufnehmer angeordnet ist.In another embodiment, the load sensor consists of two L-shaped parts, which are so mirrored to each other that a horizontal he leg one part at a parallel distance to a horizontal leg of the other part and a vertical leg of one part at a parallel distance to a vertical leg of the other part and that the vertical Leg of the two parts arranged by two at a parallel distance from each other neten lever, which at its two ends swivels with the two vertical Legs connected, connected to a joint parallelogram, a spring element the vertical leg of one part and the horizon tal legs of the other part connects under tension and between the horizontal legs of both parts, which are simultaneously designed so that they are rigidly connectable to adjacent components, a displacement sensor, preferred as an inductive transducer is arranged.

Auftretende Momente wegen außermittigen Lastangriffs werden in dem Gelenk parallelogramm in der Art einer Parallelogramm-Längsführung aufgenommen, während die der Last entsprechende Kraft der Zugkraft des Federelementes entgegenwirkt und die dadurch bewirkte Wegänderung über den Wegaufnehmer in ein elektrisches Signal umgesetzt wird.Moments occurring due to off-center load attack are in the joint parallelogram recorded in the manner of a parallelogram longitudinal guide, while the force of the tensile force of the spring element corresponding to the load counteracts and the resulting change in displacement via the displacement sensor in an electrical signal is implemented.

In den Zeichnungen sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt. Es zeigen:Exemplary embodiments of the invention are shown in the drawings. It demonstrate:

Fig. 1 eine perspektivische Darstellung eines handgeführten Manipulators, Fig. 1 is a perspective view of a hand-operated manipulator,

Fig. 2 einen schematischen Schaltplan für die erfindungsgemäße Einrichtung, Fig. 2 is a schematic circuit diagram for the inventive device,

Fig. 3 eine Ansicht eines Lastsensors, Fig. 3 is a view of a load sensor,

Fig. 4 einen Teilquerschnitt nach Linie IV-IV der Fig. 3, Fig. 4 shows a partial cross section along line IV-IV of Fig. 3,

Fig. 5 eine Ansicht einer Variante eines Lastsensors, Fig. 5 is a view of a variation of a load sensor,

Fig. 6 einen Schnitt nach Linie VI-VI der Fig. 5, Fig. 6 shows a section according to line VI-VI of Fig. 5,

Fig. 7 eine Ansicht einer weiteren Variante eines Lastsensors und Fig. 7 is a view of another variant of a load sensor and

Fig. 8 einen Schnitt nach Linie VIII-VIII der Fig. 7. Fig. 8 shows a section according to line VIII-VIII of Fig. 7.

Der in Fig. 1 dargestellte Manipulator besteht aus der auf einer Grundplatte 1 angeordneten Säule 2, die an ihrem oberen Ende einen Lagerzapfen 3 aufweist.The manipulator shown in Fig. 1 consists of the column 2 arranged on a base plate 1 , which has a bearing pin 3 at its upper end.

Zwei Teilarme 4 sind mittels Laschen 5 auf dem Lagerzapfen 3 schwenkbar gelagert. An ihren anderen Enden weisen die Teilarme 4 ebenfalls Laschen 6 auf, die zusammen mit den Laschen 7 der weiteren Teilarme 8 zu einem Gelenk 9 verbunden sind. An ihren den Gelenken 9 abgewandten Enden sind die Teilarme 8 wiederum mit Laschen 10 versehen, die durch eine Hubvorrichtung 11 zu einem weiteren Gelenk verbunden sind. Auf diese Weise ist durch die Teilarme 4 und 8 ein in einer horizontalen Ebene liegendes Parallelogramm geschaffen, welches in seiner Form veränderbar ist, wenn die Hubvorrichtung 11 entlang einer Verbin dungslinie 12 zwischen dem Lagerzapfen 3 und der Hubvorrichtung 11 zu der Säule 2 hin- oder von ihr wegbewegt wird.Two arms 4 are pivotally mounted on the journal 3 by means of tabs 5 . At their other ends, the partial arms 4 also have tabs 6 , which are connected together with the tabs 7 of the further partial arms 8 to form a joint 9 . At their ends facing away from the joints 9 , the partial arms 8 are in turn provided with tabs 10 , which are connected by a lifting device 11 to form a further joint. In this way, a parallelogram lying in a horizontal plane is created by the partial arms 4 and 8 , the shape of which can be changed if the lifting device 11 along a connecting line 12 between the bearing pin 3 and the lifting device 11 towards the column 2 or is moved away from it.

Die Hubvorrichtung 11 selbst besteht aus dem oberen Pneumatikzylinder 13 und den sich nach unten hin anschließenden Teleskoprohren 14, 15 und 16, wobei das letztere an seinem unteren Ende eine abgewinkelte Platte 17 trägt, die als Handgriff 18 ausgebildet ist.The lifting device 11 itself consists of the upper pneumatic cylinder 13 and the telescopic tubes 14 , 15 and 16 adjoining at the bottom, the latter carrying at its lower end an angled plate 17 which is designed as a handle 18 .

Nach unten hin schließt sich an die Platte 17 ein Lastsensor 19 an, an den sich wiederum das als Gabel 20 ausgebildete Lastaufnahmemittel anschließt, welches die gestrichelt dargestellte Last 21 trägt.At the bottom, a load sensor 19 connects to the plate 17 , which in turn is connected to the load-carrying means, which is designed as a fork 20 and carries the load 21 shown in dashed lines.

Auf der Platte 17 ist eine elektronische Steuerung 22 angebracht, die mittels der gestrichelt dargestellten Signalleitung 23 mit dem Lastsensor 19 verbunden ist. Von der elektronischen Steuerung 22 geht andrerseits die ebenfalls strichliert dargestellte Steuerleitung 24 aus, die zu einem elektro-pneumatischen Druck regelventil 25 führt, welches an den Pneumatikzylinder 13 angebaut ist. Dieses Druckregelventil 25 wird von einer Druckluftquelle 26 mit Druckluft gespeist.An electronic control 22 is attached to the plate 17 and is connected to the load sensor 19 by means of the signal line 23 shown in broken lines. From the electronic control 22 , on the other hand, is the control line 24 , also shown in broken lines, which leads to an electro-pneumatic pressure control valve 25 which is attached to the pneumatic cylinder 13 . This pressure control valve 25 is supplied with compressed air from a compressed air source 26 .

Die dargestellte Einrichtung funktioniert in der Weise, daß der Lastsensor 19, der so ausgebildet ist, daß er das aus der seitlich versetzten Lage der Last 21 resultierende Moment unberücksichtigt läßt, ein der von der Last 21 ausgeübten Axialkraft proportionales Signal abgibt, welches in der elektronischen Steuerung 22 weiterverarbeitet und über die Steuerleitung an das elektro-pneumatische Druckregelventil 25 weitergegeben wird. Dieses steuert den im Pneumatikzylinder 13 herrschenden Druck so, daß die Last 21 in der Schwebe gehalten wird.The device shown functions in such a way that the load sensor 19 , which is designed such that it does not take into account the moment resulting from the laterally offset position of the load 21 , emits a signal proportional to the axial force exerted by the load 21 , which signal is used in the electronic Control 22 is further processed and passed on to the electro-pneumatic pressure control valve 25 via the control line. This controls the pressure prevailing in the pneumatic cylinder 13 so that the load 21 is kept in suspension.

Soll die Last 21 z. B. von einer Bedienungsperson angehoben werden, so wird diese die Last an dem Handgriff 18 anheben. Dabei sinkt der Druck im Pneuma tikzylinder 13 ab, was zur Folge hat, daß das Druckregelventil 25 dem Pneuma tikzylinder 13 einen höheren Druck zuführt, der das Anheben der Last 21 unter stützt. Der umgekehrte Steuervorgang läuft ab, wenn die Bedienungsperson die Last absenken will.If the load 21 z. B. lifted by an operator, he will lift the load on the handle 18 . The pressure in the pneumatic cylinder 13 drops, with the result that the pressure control valve 25 supplies the pneumatic cylinder 13 with a higher pressure, which supports the lifting of the load 21 under. The reverse control occurs when the operator wants to lower the load.

Die anhand der Fig. 1 erläuterte Steuerung ist in Fig. 2 als Schaltschema dargestellt. Die Kolbenstange 27 des Pneumatikzylinders 13 ist über eine Kupplung 28 mit einer Tragstange 29 verbunden, die in Führungen 30 längsver schieblich geführt ist. An ihrem unteren Ende trägt sie einen Lastsensor 19, der seinerseits die Last 21 trägt. An der Tragstange 29 greift auch der schematisch dargestellte Handgriff 18 an.The control explained with reference to FIG. 1 is shown in FIG. 2 as a circuit diagram. The piston rod 27 of the pneumatic cylinder 13 is connected via a coupling 28 to a support rod 29 which is guided in a slide 30 in guides 30 . At its lower end it carries a load sensor 19 , which in turn carries the load 21 . The schematically illustrated handle 18 also acts on the support rod 29 .

Der Lastsensor 19 ist über die Signalleitung 23 mit einer elektronischen Steue rung 22 verbunden, die über die Steuerleitung eine Steuerspannung an das elektro-pneumatischen Druckregelventil 25 gibt, welches einerseits von einer Druckluftquelle 26 mit Druckluft versorgt wird und diese geregelt über die Druckleitung 31 an den Pneumatikzylinder 13 abgibt.The load sensor 19 is connected via the signal line 23 tion with an electronic Steue connected 22 that are over the control line, a control voltage to the electro-pneumatic pressure control valve 25, which is on one hand supplied from a compressed air source 26 with compressed air and this controlled via the pressure line 31 to the Pneumatic cylinder 13 delivers.

In den Fig. 3 und 4 ist ein erfindungsgemäßer Lastsensor dargestellt, der als rechteckiger Rahmen 32 ausgebildet ist, der aus den vertikalen Rahmenleisten 33 und den horizontalen Rahmenleisten 34 besteht und der einstückig von einer ihm gegenüber dünnwandigen Platte 35 ausgefüllt ist. Von zwei einander diagonal gegenüberliegenden Ecken 36 und 37 des Rahmens 32 gehen Anschlußleisten 38, 39 aus, die parallel und im geringen Abstand zu zwei einander gegenüberliegen den Rahmenleisten 34 so angeordnet sind, daß sie mittels Gewindebohrungen 40 starr mit angrenzenden Bauteilen verbunden werden können. In FIGS. 3 and 4, an inventive load sensor is shown, which is formed as a rectangular frame 32 which consists of the vertical frame bars 33 and the horizontal frame bars 34 and it is filled with respect to the thin-walled plate 35 integrally from a. From two diagonally opposite corners 36 and 37 of the frame 32 lead strips 38 , 39 , which are arranged parallel and at a short distance from two opposite the frame strips 34 so that they can be rigidly connected to adjacent components by means of threaded holes 40 .

An der dünnwandigen Platte 35 sind zur Messung der auf den Lastsensor einwir kenden Kräfte Dehnmeßstreifen angebracht. Zur Verstärkung des von diesen abgegebenen Signals kann zusätzlich ein Verstärker 41 vorgesehen sein. Zum Schutz dieser Bauteile können die einseitig offenen Ausnehmungen, die durch den Rahmen 32 einerseits und die dünnwandige Platte 35 andrerseits begrenzt sind, mit einer Vergußmasse 42 aufgefüllt sein.Strain gauges are attached to the thin-walled plate 35 to measure the forces acting on the load sensor. An amplifier 41 can additionally be provided to amplify the signal emitted by the latter. To protect these components, the recesses open on one side, which are delimited by the frame 32 on the one hand and the thin-walled plate 35 on the other hand, can be filled with a casting compound 42 .

Bei außermittigem Lastangriff werden durch das auftretende Moment nur die Anschlußleisten 38, 39 verformt, nicht jedoch der in sich starre Rahmen 32. Dieser wird nur durch die von der Last ausgeübte Axialkraft einer Scherverfor mung unterworfen, durch welche die dünnwandige Platte 35 verzerrt wird. Diese Verformung der dünnwandigen Platte wird durch die auf ihr angebrachten Dehnmeßstreifen in ein der Last proportionales Signal umgesetzt.In the case of an off-center load attack, only the connecting strips 38 , 39 are deformed by the occurring moment, but not the frame 32 which is rigid in itself. This is only subjected to shear deformation by the axial force exerted by the load, through which the thin-walled plate 35 is distorted. This deformation of the thin-walled plate is converted into a signal proportional to the load by the strain gauges attached to it.

In den Fig. 5 und 6 ist eine sehr einfache Variante eines erfindungsgemäßen Lastsensors dargestellt, der als rechteckiger Rahmen 43 mit einer durchgehenden mittigen Öffnung 44 ausgebildet ist und dessen horizontale Rahmenleisten 45 einen deutlich größeren Querschnitt aufweisen, als die beiden diese verbindenden vertikalen Rahmenleisten 46. Die horizontalen Rahmenleisten 45 weisen Gewin debohrungen 47 auf, über die sie starr mit angrenzenden Bauteilen verbunden werden können.In FIGS. 5 and 6, a very simple variant is shown of a load sensor according to the invention, which is formed as a rectangular frame 43 having a through central opening 44 and the horizontal frame bars 45 have a significantly larger cross section than the two connecting these vertical frame bars 46. The horizontal frame strips 45 have threaded bores 47 , through which they can be rigidly connected to adjacent components.

An der Innenseite der vertikalen Rahmenleisten 46 sind Dehnmeßstreifen 48 angebracht, die den Längenänderungen dieser Rahmenleisten entsprechende Signale abgeben.On the inside of the vertical frame strips 46 strain gauges 48 are attached, which emit signals corresponding to the changes in length of these frame strips.

Bei außermittigem Kraftangriff wird die eine der vertikalen Rahmenleisten 46 stärker gelängt werden, als die andere. Unter Umständen sind die Unterschiede sogar so groß, daß die eine Rahmenleiste 46 gelängt und die andere gestaucht wird. Die Dehnmeßstreifen 48 werden somit zwei unterschiedliche Meßwerte erfassen, deren Summe einen Meßwert für die von der Last ausgeübte Axialkraft ergibt, der frei von aufgetretenen Momentbelastungen ist. If the force is applied off-center, one of the vertical frame strips 46 will be elongated more than the other. The differences may even be so great that one frame bar 46 is elongated and the other is compressed. The strain gauges 48 will thus record two different measured values, the sum of which gives a measured value for the axial force exerted by the load, which is free of moment loads that have occurred.

Die Fig. 7 und 8 schließlich zeigen eine weitere Variante eines Lastsensors. Dieser besteht aus zwei L-förmigen Teilen 49 und 50, die so spiegelbildlich zueinander angeordnet sind, daß ein horizontaler Schenkel 51 des einen Teils 49 im paral lelen Abstand zu einem horizontalen Schenkel 52 des anderen Teils 50 und ein vertikaler Schenkel 53 des einen Teils 49 im parallelen Abstand zu einem vertikalen Schenkel 54 des anderen Teils 50 verläuft und daß die vertikalen Schenkel 53, 54 der beiden Teile 49, 50 durch zwei im parallelen Abstand zueinander angeordnete Hebel 55 zu einem Gelenkparallelogramm verbunden sind. Zu diesem Zweck sind die beiden Hebel 55 an ihren Enden auf Bolzen 56 gelagert, die in den vertikalen Schenkeln 53, 54 befestigt sind. FIGS. 7 and 8 finally show a further variant of a load sensor. This consists of two L-shaped parts 49 and 50 , which are so arranged in mirror image to one another that a horizontal leg 51 of one part 49 at a parallel distance from a horizontal leg 52 of the other part 50 and a vertical leg 53 of one part 49 runs at a parallel distance from a vertical leg 54 of the other part 50 and that the vertical legs 53 , 54 of the two parts 49 , 50 are connected to form a joint parallelogram by two levers 55 arranged at a parallel distance from one another. For this purpose, the two levers 55 are supported at their ends on bolts 56 which are fastened in the vertical legs 53 , 54 .

Zwischen dem horizontalen Schenkel 51 und dem vertikalen Schenkel 54 ist ein Federelement in Form eines Tellerfederpaketes 57 angeordnet, welches diese beiden Teile unter Zugspannung verbindet. Zu diesem Zweck stützt sich das Tellerfederpaket einerseits auf einer Fläche des horizontalen Schenkels 51 und andrerseits an einem Stützteller 58 ab, der mittels eines Zugankers 59 mit dem vertikalen Schenkel 54 verbunden ist.A spring element in the form of a plate spring assembly 57 is arranged between the horizontal leg 51 and the vertical leg 54 and connects these two parts under tension. For this purpose, the plate spring assembly is supported on the one hand on a surface of the horizontal leg 51 and on the other hand on a support plate 58 which is connected to the vertical leg 54 by means of a tie rod 59 .

Im Innern des Lastsensors ist ein induktiver Wegaufnehmer 60 angeordnet, der Bohrungen der Hebel 55 durchdringt und sich an den horizontalen Schenkeln 51, 52 abstützt. Zur Befestigung des Lastsensors an angrenzenden Bauteilen sind Gewindebohrungen 61 vorgesehen.An inductive displacement sensor 60 is arranged in the interior of the load sensor, penetrates the bores of the levers 55 and is supported on the horizontal legs 51 , 52 . Tapped holes 61 are provided for fastening the load sensor to adjacent components.

Wirken auf diesen Lastsensor Momente wegen außermittigen Lastangriffs ein, so werden diese in dem Gelenkparallelogramm aufgenommen, welches in der Art einer Parallelogramm-Längsführung wirkt. Dagegen wirkt die der Last entspre chende Axialkraft auf das Tellerfederpaket 57 und drückt dieses zusammen, wobei der Dehnungsaufnehmer 60 ein der so entstehenden Wegänderung propor tionales Signal abgibt.If moments act on this load sensor due to off-center load attack, these are recorded in the joint parallelogram, which acts in the manner of a parallelogram longitudinal guide. On the other hand, the load corresponding axial force acts on the plate spring assembly 57 and compresses it, the strain sensor 60 emitting a signal proportional to the resulting change in travel.

BezugszeichenlisteReference list

1 Grundplatte
2 Säule
3 Lagerzapfen
4 Teilarm
5 Lasche
6 Lasche
7 Lasche
8 Teilarm
9 Gelenk
10 Lasche
11 Hubvorrichtung
12 Verbindungslinie
13 Pneumatikzylinder
14 Teleskoprohr
15 Teleskoprohr
16 Teleskoprohr
17 abgewinkelte Platte
18 Handgriff
19 Lastsensor
20 Gabel
21 Last
22 elektronische Steuerung
23 Signalleitung
24 Steuerleitung
25 Druckregelventil
26 Druckluftquelle
27 Kolbenstange
28 Kupplung
29 Tragstange
30 Führung
31 Druckleitung
32 Rahmen
33 vertikale Rahmenleiste
34 horizontale Rahmenleiste
35 dünnwandige Platte
36 Ecke
37 Ecke
38 Anschlußleiste
39 Anschlußleiste
40 Gewindebohrung
41 Verstärker
42 Vergußmasse
43 Rahmen
44 mittige Öffnung
45 horizontale Rahmenleiste
46 vertikale Rahmenleiste
47 Gewindebohrung
48 Dehnmeßstreifen
49 L-förmiges Teil
50 L-förmiges Teil
51 horizontal er Schenkel
52 horizontal er Schenkel
53 vertikaler Schenkel
54 vertikaler Schenkel
55 Hebel
56 Bolzen
57 Tellerfederpaket
58 Stützteller
59 Zuganker
60 Wegaufnehmer
61 Gewindebohrung 1 base plate
2 pillar
3 bearing journals
4 branches
5 tab
6 tab
7 tab
8 branches
9 joint
10 tab
11 lifting device
12 connecting line
13 pneumatic cylinders
14 telescopic tube
15 telescopic tube
16 telescopic tube
17 angled plate
18 handle
19 load sensor
20 fork
21 load
22 electronic control
23 signal line
24 control line
25 pressure control valve
26 Compressed air source
27 piston rod
28 clutch
29 support rod
30 leadership
31 pressure line
32 frames
33 vertical frame molding
34 horizontal frame bar
35 thin-walled plate
36 corner
37 corner
38 terminal block
39 Terminal strip
40 threaded hole
41 amplifiers
42 potting compound
43 frames
44 central opening
45 horizontal frame bar
46 vertical frame molding
47 threaded hole
48 strain gauges
49 L-shaped part
50 L-shaped part
51 horizontal leg
52 horizontal leg
53 vertical legs
54 vertical legs
55 levers
56 bolts
57 Belleville spring pack
58 support plates
59 tie rods
60 displacement sensors
61 threaded hole

Claims

1. balancing device for hand-held manipulators, in which the piston rod ( 27 ) of a pneumatic cylinder ( 13 ) acts on a load-carrying means ( 20 ) for a load ( 21 ) to be handled, with an electrical load sensor between the piston rod ( 27 ) and the load-carrying means ( 20 ) ( 19 ) is switched on, which, depending on the force exerted by the load ( 21 ), supplies an electrical signal which, with the interposition of an electronic control unit ( 22 ), controls an electro-pneumatic pressure control valve ( 25 ) so that the pneumatic cylinder ( 13 ) such a pneumatic pressure is supplied that the load ( 21 ) is suspended, characterized in that the load sensor ( 19 ), which is arranged in the immediate vicinity of the load-carrying means ( 20 ), is designed mechanically or geometrically that it has areas or elements on the one hand, the bending moments resulting from a lateral offset of the center of gravity of the load ( 21 ) the line of action of the load sensor ( 19 ) originate, record and forward, and on the other hand has areas or elements which are unaffected by the bending moments and are only stressed by the result of the load ( 21 ) resulting force, the latter areas or elements being electrical Measuring elements for delivering a load ( 21 ) proportional electrical signal's are attached.

2. Balancing device according to claim 1, characterized in that the load sensor is designed as a rectangular frame ( 32 ) which is integrally filled by a thin-walled plate ( 35 ) opposite it, with two diagonally opposite corners ( 36 , 37 ) of the frame ( 32 ) Terminal strips ( 38 , 39 ) start out which are arranged parallel and at a short distance from two mutually opposite frame strips ( 34 ), and which are designed such that they can be rigidly connected to adjacent components, and on the thin-walled plate ( 35 ) Strain gauges are arranged.

3. Balancing device according to claim 2, characterized in that the one-sided open recesses, which are limited by the frame ( 32 ) on the one hand and the thin-walled plate ( 35 ) on the other hand, are filled with a sealing compound ( 42 ).

4. Balancing device according to claim 3, characterized in that an electrical amplifier ( 41 ) for amplifying the electrical signal emitted by the strain gauges is embedded in the sealing compound ( 42 ).

5. Balancing device according to claim 1, characterized in that the load sensor is designed as a rectangular frame ( 43 ) with a continuous central opening ( 44 ) whose horizontal frame strips ( 45 ) have a significantly larger cross-section than the two vertical frame connecting these ( 46 ), on which strain gauges ( 48 ) are attached, the horizontal frame strips ( 45 ) being designed such that they can be rigidly connected to adjacent components.

6. Balancing device according to claim 1, characterized in that the load sensor consists of two L-shaped parts ( 49 , 50 ) which are arranged in mirror image to one another such that a horizontal leg ( 51 ) of one part ( 49 ) at a parallel distance to a horizontal leg ( 52 ) of the other part ( 50 ) and a vertical leg ( 53 ) of one part ( 49 ) parallel to a vertical leg ( 54 ) of the other part ( 50 ) and that the vertical leg ( 53 , 54 ) of the two parts ( 49 , 50 ) by two parallel spaced levers ( 55 ), which are pivotally connected at both ends to the vertical legs ( 53 , 54 ), are connected to a joint parallelogram, whereby a spring element ( 57 ) connects the vertical leg ( 54 ) of one part ( 50 ) and the horizontal leg ( 51 ) of the other part ( 49 ) under tension and between the horizontal legs ( 51 , 52 ) of both Parts ( 49 , 50 ) which are designed at the same time so that they can be rigidly connected to adjacent components, a displacement transducer ( 60 ), preferably an inductive transducer, is arranged.