EP3694691A1 - Schutzvorrichtung für einen industrieroboter sowie schutzelement für eine solche schutzvorrichtung - Google Patents

Schutzvorrichtung für einen industrieroboter sowie schutzelement für eine solche schutzvorrichtung

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Publication number
EP3694691A1
EP3694691A1 EP18785920.2A EP18785920A EP3694691A1 EP 3694691 A1 EP3694691 A1 EP 3694691A1 EP 18785920 A EP18785920 A EP 18785920A EP 3694691 A1 EP3694691 A1 EP 3694691A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
conductive layer
protection device
molded part
shell
upper shell
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP18785920.2A
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English (en)
French (fr)
Inventor
Theo Doll
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Dr Doll Engineering GmbH
Original Assignee
Dr Doll Engineering GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Dr Doll Engineering GmbH filed Critical Dr Doll Engineering GmbH
Publication of EP3694691A1 publication Critical patent/EP3694691A1/de
Pending legal-status Critical Current

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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J19/00—Accessories fitted to manipulators, e.g. for monitoring, for viewing; Safety devices combined with or specially adapted for use in connection with manipulators
    • B25J19/0075—Means for protecting the manipulator from its environment or vice versa
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J13/00—Controls for manipulators
    • B25J13/08—Controls for manipulators by means of sensing devices, e.g. viewing or touching devices
    • B25J13/081—Touching devices, e.g. pressure-sensitive
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J19/00—Accessories fitted to manipulators, e.g. for monitoring, for viewing; Safety devices combined with or specially adapted for use in connection with manipulators
    • B25J19/0091—Shock absorbers
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J19/00—Accessories fitted to manipulators, e.g. for monitoring, for viewing; Safety devices combined with or specially adapted for use in connection with manipulators
    • B25J19/06—Safety devices
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16P—SAFETY DEVICES IN GENERAL; SAFETY DEVICES FOR PRESSES
    • F16P3/00—Safety devices acting in conjunction with the control or operation of a machine; Control arrangements requiring the simultaneous use of two or more parts of the body
    • F16P3/12—Safety devices acting in conjunction with the control or operation of a machine; Control arrangements requiring the simultaneous use of two or more parts of the body with means, e.g. feelers, which in case of the presence of a body part of a person in or near the danger zone influence the control or operation of the machine
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L1/00—Measuring force or stress, in general
    • G01L1/20—Measuring force or stress, in general by measuring variations in ohmic resistance of solid materials or of electrically-conductive fluids; by making use of electrokinetic cells, i.e. liquid-containing cells wherein an electrical potential is produced or varied upon the application of stress
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L5/00—Apparatus for, or methods of, measuring force, work, mechanical power, or torque, specially adapted for specific purposes
    • G01L5/0061—Force sensors associated with industrial machines or actuators

Definitions

  • the invention relates to a protective device for an industrial robot with at least one protective element, which is provided as a shell for an outer wall portion of the industrial robot, and a sensor associated with the protection sensor, which is designed such that a collision between the protective element and an obstacle can be detected.
  • Such a protective device is known from AT 561 097 B1 and provided as safety equipment for a collaborative industrial robot.
  • collaborative industrial robots are used in the industrial sector used robots that work with a person in a common workspace, the person is not shielded by physical protection devices such as fences, barriers or the like of the robot.
  • physical protection devices such as fences, barriers or the like of the robot.
  • there is fundamentally a risk of collision between the working person and the robot for example in the case of an uncoordinated engagement of the person in the pivoting region of the robot.
  • protective devices are required which detect such a collision in order to enable an emergency shutdown of the robot.
  • the known protective device has at least one protective element with a protective cover and a base plate and a sensor element associated with the sensor.
  • the protective cover spans the base plate like a pillow and is essentially gas-tight and elastic.
  • the base plate is intended for attachment to a potentially collision-prone outer wall section of the industrial robot, for example on an articulated arm.
  • a pump is provided which is intended to generate a gas overpressure in the protective element.
  • the protective cover is elastically deformed.
  • the sensor technology of the known protective device has a pressure sensor, by means of which such a pressure rise can be detected and converted into a corresponding signal. The signal can be forwarded to a control unit of the robot so that it can be switched off as a function of the signal and serious injuries to the person can be avoided.
  • the object of the invention is to provide a protective device and a protective element of the type mentioned, which have a simplified structure and at the same time ensure high reliability.
  • This object is achieved for the protective device in that the protective element is a molded part made of plastic, which has a first electrically conductive conductive layer on at least one active surface, and the sensor is designed such that a collision-induced change in the electrical resistance of the first conductive layer can be detected ,
  • the inventive solution, a simple and reliable construction of the protective device can be achieved, since it can be dispensed with a complex design of the protective element and a to be arranged in the interior of the protective element and potentially failure-prone pump.
  • the protective element is designed as a simple and inexpensive to produce plastic molding and has a feasible with simple means electrically conductive conductive layer.
  • the sensor is according to the invention designed such that such a change in the electrical resistance of the first conductive layer can be detected.
  • the sensor system may have a measuring circuit electrically connected to the first conductive layer and known as such, which detects an electrical voltage applied to the first conductive layer and / or an electrical current flowing through the first conductive layer.
  • a measuring circuit electrically connected to the first conductive layer and known as such, which detects an electrical voltage applied to the first conductive layer and / or an electrical current flowing through the first conductive layer.
  • the molded part can be produced in particular by means of prototyping a plastic granulate or by means of reshaping a plastic semifinished product.
  • the active surface of the molded part on which the conductive layer is formed may be an outer or an inner surface of the molded part, which in a collision with the obstacle at least indirectly, that is, either directly by the obstacle or for example by an opposite wall portion of the molded part contacting. and / or deformable.
  • the first conductive layer may in particular be formed in sections, preferably substantially completely, on the effective surface.
  • a plurality of electrically conductive conductive layers, preferably on different active surfaces, may be provided on the mold element.
  • the sensor system is advantageously designed such that a change in resistance of several, preferably all, of the conductive layers can be detected.
  • the solution according to the invention is particularly suitable for an industrial robot in the form of an articulated arm robot.
  • the solution according to the invention can also be used for other stationary or autonomously moving handling devices, such as for example self-propelled industrial trucks, including manipulators, superstructures or the like connected to such a handling device.
  • the first conductive layer is formed by means of a coating of the molded part with an electrically conductive material, in particular with graphite.
  • the molded part can be made of a low cost, electrically non-conductive plastic.
  • metal, graphite or an electrically conductive plastic can be used as electrically conductive material.
  • the coating of the molded part can be formed by a basically known method, for example by spraying or vapor deposition of the conductive material onto the molded part or by means of coextrusion.
  • the molding has a material composition which includes an electrically conductive filler, and the first conductive layer is thus formed by the material surface of the molding. Accordingly, in this embodiment of the invention can be dispensed with a separate manufacturing step for the formation of the conductive layer.
  • metal particles and / or shavings preferably aluminum flakes, can be used as the filler.
  • the material composition of the molded part may include soot particles.
  • the molding has a material composition comprising a thermoplastic elastomer, in particular PE-EPDM (polyethylene ethylene-propylene-diene rubber), preferably PP-EPDM (polypropylene ethylene-propylene-diene rubber), more preferably PE -LD (Polyethylene Low Density), includes.
  • PE-EPDM polyethylene ethylene-propylene-diene rubber
  • PP-EPDM polypropylene ethylene-propylene-diene rubber
  • PE -LD Polyethylene Low Density
  • the molding is designed at least two shells and has an upper and a lower shell.
  • the lower shell is preferably provided for abutment with the outer wall portion.
  • the upper and lower shell can each be manufactured separately and subsequently assembled components.
  • the upper and the lower shell can be manufactured in a common manufacturing step and in this respect be integrally connected to each other.
  • the upper and lower shell can be spaced apart in the thickness direction or arranged directly one above the other.
  • the upper and lower shell are designed such that opposite wall portions of the upper and lower shell come into contact with each other in a collision of the molding with the obstacle or an existing contact between these two wall sections is reinforced.
  • the first conductive layer may in particular be provided on an outer wall of the outer shell facing away from the outer wall section or on an inner wall of the outer shell facing the outer wall section.
  • the first conductive layer may be provided on an upper side of the lower shell facing away from the outer wall section or on the underside of the lower shell. It is Of course, it is also possible that a plurality of conductive layers are provided and, for example, a conductive layer is formed on the underside of the upper shell and a further conductive layer on the upper side of the lower shell.
  • the upper shell and the lower shell are arranged in the thickness direction to form a cavity, wherein an elastically resilient in the thickness direction spring means is arranged in the cavity and designed such that a collision-induced deformation of the upper shell is cushioned by the spring means.
  • the spring device is arranged such that in a collision of the molding with the obstacle initially the upper shell due to deformation cooperates with the spring means and is thereby sprung.
  • the spring device in the thickness direction to form a gap from the upper shell spaced or be arranged without a gap to the upper shell in the cavity.
  • the first conductive layer is preferably provided on an inner wall of the outer shell facing the outer wall section of the industrial robot.
  • Another conductive layer may be formed at the top of the lower shell.
  • the spring device is electrically non-conductive. This embodiment of the invention avoids that even minor collision-induced deformations of the molded part lead to a contact between upper and lower shell and thus to a collision-induced change in the electrical resistance of the first conductive layer. This is counteracted by means of the spring device.
  • the lower shell is designed in the form of an electrically conductive foam core and the spring device has an arranged on an upper side of the foam core, electrically non-conductive and lattice-shaped foam structure.
  • the foam core is formed from a plastic and has an electrically conductive material composition.
  • the material composition may include an electrically conductive filler, for example metal particles, carbon black or the like.
  • the latticed foam structure is preferably made of a plastic.
  • the foam structure may be sprayed onto the top of the foam core or molded onto it. Alternatively, the foam structure may be welded or glued to the top of the foam core.
  • the foam structure can be joined to the top side of the foam core before, after or during a corresponding shaping process.
  • a lattice-shaped design of the foam structure has proven to be proved particularly advantageous. This is because a collision-induced triggering behavior of the sensor system can be influenced by simple means via a corresponding geometric design of the foam structure. For this purpose, for example, a thickness of the foam structure or a Shore hardness of the foam structure can be structurally dimensioned accordingly.
  • the molded part is designed with three shells, wherein an intermediate shell arranged in the thickness direction between the upper shell and the lower shell is provided which is conductive on both sides in relation to the thickness direction, and wherein the spring device is arranged on both sides of the intermediate shell.
  • the spring device preferably has two electrically non-conductive and latticed foam structures, wherein a first foam structure in the thickness direction between the upper shell and the intermediate shell and a second foam structure in the thickness direction between the intermediate shell and the lower shell is arranged.
  • This embodiment of the invention allows a further improved reliability, since now a collision is also recognizable starting from a deformation of the lower shell.
  • the intermediate shell is as it were enclosed between the upper shell and the lower shell.
  • the upper and the lower shell differ from each other in material compositions.
  • the upper shell may be made of a comparatively more resilient material than the lower shell or vice versa.
  • the upper shell may be made of a plastic foam and the lower shell of a relatively dimensionally stable plastic sheet material or vice versa.
  • the upper and / or the lower shell is designed soft elastic.
  • This soft elastic design can be material and / or structural.
  • the upper and / or the lower shell may be made of a flexible plastic material, preferably a plastic foam, and / or have an inherently flexible, for example, thin-walled, shape.
  • a second electrically conductive conductive layer is provided, wherein the first conductive layer and the second conductive layer are arranged opposite each other between the lower and the upper shell such that the first and the second conductive layer in a collision of the molded part with the obstacle at least sections against each other are electrically contacted.
  • the conductive layers may be spaced from each other in the thickness direction of the protective element or arranged directly one above the other.
  • the conductive layers have mutually different electrical potentials. This refinement of the invention is particularly advantageous since, in the event of a collision, a change in resistance of the first conductive layer and / or the second conductive layer occurs even if the obstacle as such is insulated from the electrical potential of the first conductive layer and / or second conductive layer.
  • the conductive layers are arranged in the interior of the molded part and thus protected from contamination and / or further undesirable environmental influences.
  • the second conductive layer that disclosed for the first conductive layer applies correspondingly, so that the second conductive layer can be formed either by means of a coating of the molded part with an electrically conductive material.
  • the second conductive layer can be formed by a material surface of the molded part, provided that the molded part has an electrically conductive material composition.
  • the first conductive layer is formed on an inner wall of the upper shell and the second conductive layer is formed on one of the upper shell facing inner wall of the lower shell.
  • the first conductive layer and / or the second conductive layer can in turn be formed by means of a coating or, if the material composition of the upper or lower shell should be electrically conductive, directly by a material surface, more precisely the corresponding inner wall, the lower or upper shell.
  • the first conductive layer in the form of a, in particular meandering, first conductor track is formed. Consequently, the active surface on which the first conductive layer is formed, not the entire surface but only on the first conductor electrically conductive.
  • the first conductor extends over the entire active surface.
  • the conductor track can be formed, for example, in the form of conductor track sections which extend in parallel and are interconnected in an electrically conductive manner.
  • the first conductor track is designed as a meander conductor track. Alternatively, for example, a spiral-shaped configuration or an irregularly shaped, contiguous extension of the first interconnect is possible.
  • the first conductive layer is formed on the inner wall of the upper shell, it may damage the upper shell, for example in Form of a crack or a hole, come to an interruption of the first trace. As a result of such interruption, the electrical resistance of the first conductor increases. Such a change in resistance can be detected by means of the sensor system.
  • This refinement of the invention achieves improved functional reliability, since damage to the molded part can be detected.
  • the first conductive layer in the form of a plurality at least partially formed in parallel extending, in particular strip-shaped, electrically separated from each other first conductor tracks. Consequently, the active surface on which the first conductive layer is formed, not the entire surface but only on the first conductor electrically conductive.
  • the first conductor tracks extend substantially over the entire width and / or length of the effective surface.
  • the first interconnects may, for example, each have a width of 10 mm, preferably 3 mm. In this case, the first conductor tracks may be uniform or different from each other.
  • the sensor can be designed in this embodiment of advantage such that a collision-induced change in the electrical resistance of each of the first interconnects can be detected.
  • This embodiment of the invention makes it possible to narrow down a position of the contact of the obstacle on the molded part in the event of a collision. If the first conductor tracks extend in the width direction of the molded part, then a length position of the contact can be determined. If the first traces are instead extended in the length direction of the molding, a width position of the touch can be determined.
  • the second conductive layer in the form of a, in particular meandering, second conductor track is formed and extends transversely to the first conductor track or the first conductor tracks.
  • a spiral-shaped configuration or an irregularly shaped, contiguous extension of the second interconnect is possible.
  • the second trace is transverse, i. rotated by about 90 °, arranged to the first trace or the first traces. If the second conductive layer is formed by means of a coating, in particular conductive material can be saved in this way.
  • the second Conductor tracks are uniform or shaped differently. In this way, the first and the second tracks form a kind of grid.
  • the first interconnects are in the longitudinal direction and the second interconnects in the width direction of the molded part extends or vice versa.
  • the sensor can be designed in this embodiment of advantage such that a collision-induced change in the electrical resistance of each of the first interconnects and each of the second interconnects can be detected.
  • This embodiment of the invention makes it possible to determine a position of the contact of the obstacle on the molded part in the event of a collision. Depending on which of the first and on which of the second interconnects a collision-related resistance change is detected, a position in the grid formed by the interconnects can be determined. In addition, it can be advantageously determined whether there is a punctual or a flat collision, depending on whether only one or more adjacent interconnects experience a change in the electrical resistance.
  • the molded part is a thermoforming component, in particular a twin-sheet component.
  • the thermoforming component can be produced by means of a basically known thermoforming process.
  • the molded part has a single-shell construction, it can be advantageously manufactured as a single-sheet component.
  • Single-sheet forming is basically known in the field of plastics processing.
  • the molded part has a multi-shell structure and / or a cavity, it is particularly advantageous if it is used as a twin-sheet component, i. is produced by means of a basically known twin-sheet process. In the latter method, which is a special form of thermoforming, two plate-shaped semi-finished plastic products are heated in a single operation, vacuum deep drawn and welded together.
  • the molded part can be assembled from a plurality of single-sheet components produced separately by single-sheet molding.
  • the single-sheet components can be glued, welded or sewn together, for example, to produce the multi-shell molded part.
  • This embodiment of the invention a particularly cost-effective and material-saving manufacturable molded part can be achieved.
  • the molded part has a hermetically sealed cavity and the sensor is designed such that a collision-induced change in the air pressure in the cavity can be detected.
  • the sensor system can have a pressure sensor, which can be arranged in the interior of the molded part.
  • the cavity between the lower and the upper shell is formed, wherein these are connected to each other airtight.
  • the object underlying the invention is achieved for a protective element of the type mentioned above in that it is designed in the form of a molded part made of a plastic according to one of the preceding claims.
  • Fig. 1 shows a schematic perspective view of an industrial robot with a
  • Embodiment of a protective device according to the invention comprising two protective elements according to the invention of a first embodiment and a sensor associated with the sensors,
  • FIGS. 1 and 2 Fig. 3a, 3b of the protective elements according to FIGS. 1 and 2 in a schematic
  • FIGS. 3a, 3b the protective element according to FIGS. 3a, 3b in schematic
  • FIG. 4 a and a schematic cross-sectional view along a section line B-B according to FIG. 3 b (FIG. 4 b), FIG.
  • Fig. 4c, 4d in an enlarged view of a region I of Fig. 4b for a first
  • FIG. 4c a second embodiment variant of the protective element according to FIGS. 3a to 4b, FIG.
  • FIGS. 4a and 4b Longitudinal and a cross-sectional view corresponding to FIGS. 4a and 4b, in an enlarged view, a portion II of Fig. 5b for a first embodiment (Fig. 5c) and a second embodiment (Fig. 5d) of the protective element according to Figs. 5a and 5b, a third embodiment of a protective element according to the invention in a longitudinal and a cross-sectional view corresponding to the Fig. 4a and 4b, in an enlarged view, a region III of Fig. 6b for a first embodiment according to the invention (Fig. 6c) and a second embodiment according to the invention (Fig. 6d) of the protective element according to Fig.
  • FIG. 6a, 6b a schematic perspective view of another embodiment of a protective element according to the invention, in a schematic perspective view of another embodiment of a protective element according to the invention, in a schematic perspective view of an upper shell of another embodiment of a protective element according to the invention with a in the form of a first conductor a 7 is a schematic, simplified schematic representation of the first conductive layer according to FIGS. 7 and 8 together with a full-surface-area second conductive layer, FIG.
  • FIG. 10a, 10b respectively show a schematic, simplified schematic diagram of a second (FIG. 10a) and a third embodiment according to the invention (FIG. 10b) of a first conductive layer and a second conductive layer, FIG.
  • FIG. 1 in a schematic, simplified schematic diagram of a fourth invention
  • FIG. 12a, 12b respectively show a schematic, simplified schematic representation of a fifth (FIG. 12a) and a sixth embodiment according to the invention (FIG. 12b) of a first conductive layer and a second conductive layer.
  • an industrial robot R in the form of an articulated arm robot is provided with a protective device 1.
  • the articulated arm robot R has a first articulated arm 2, which is articulated pivotably about a substantially horizontally oriented axis of rotation on a base portion 3.
  • the base portion 3 is rotatably mounted about a substantially vertically oriented axis of rotation on a foot section 4, which is screwed to a foundation F ground-tight.
  • the articulated arm robot R has a second articulated arm 5, which at one end has an unspecified tool holder 6 and at the other end is pivotably connected to the first articulated arm 2 about a substantially horizontally oriented axis of rotation.
  • the tool holder 6 can pivot about a substantially horizontally oriented axis of rotation relative to the second articulated arm 5 and also be rotatable about the longitudinal axis of the second articulated arm 5 with respect to this.
  • the articulated arms 2, 5 and the base portion 3 and the tool holder 6 are in a generally known manner by means of drive motors not shown closer to the respective axes of rotation displaced, so that the articulated robot R can perform work within a work area A.
  • an obstacle H is arranged within the working area A of the articulated arm robot R, which may be stationary or movable.
  • the obstacle H is shown in FIG. 1 only schematically and greatly simplified-in the sense of a generic placeholder-and, in particular, can be a person working in the working area A.
  • the obstacle H by a portion, for example, the base portion 3 or the foot portion 4, the Gelenkarmroboters R is formed.
  • the protective device 1 is used to ensure adequate safety and is designed in a manner to be explained in more detail such that a collision between the industrial robot R and the obstacle H can be detected in order to enable an emergency shutdown of the industrial robot R in the event of a collision.
  • the protective device 1 protective elements 7a, which are provided as a shell for an outer wall portion 8 of the industrial robot R.
  • two protective elements 7a are provided, which encase the second articulated arm 5 substantially completely.
  • the protective device 1 has a protective element 7a, 7a associated with the sensor 9, which is designed such that a collision between the obstacle H and at least one of the protective elements 7a can be detected.
  • the sensor system 9 is merely simplified and shown schematically with reference to FIG.
  • the sensor system 9 is designed such that at least one physical quantity, which is not described in further detail, can be detected on the respective protective element 7a, which is to be clarified with reference to FIG. 1 by means of the connections between the sensor system 9 and the respective protective element 7a shown by dashed lines. Furthermore, the sensor system 9 can be prepared to transmit an output signal M to a control unit of the articulated-arm robot R that is not shown in greater detail as a function of the physical quantities detected on the protective elements 7a, 7a. By means of the signal M, an emergency shutdown of the industrial robot R can be effected in the event of a collision.
  • the protective elements 7a, 7a are each in the form of a molded part.
  • the molded parts 7a, 7a are each made of plastic and have a substantially identical structure, so that below to avoid repetition only one of the two mold parts 7a, 7a is discussed in more detail.
  • the molded part 7a has a half-shell-like shape whose inner contour 10a can be substantially modeled on a contour of the outer wall section 8 of the industrial robot R. Further, the molded part 7a has a recess 1 1 a, which releases the tool holder 6 of the industrial robot R ready assembled state. Furthermore, the molded part 7a has a first electrically conductive conductive layer 13a on an active surface facing away from the outer wall section 8 in the ready-to-use state. The first electrically conductive conductive layer 13a is formed substantially over the entire surface of the active surface. Of course, it is also possible for the first conductive layer 13a to be formed only in sections, for example in strips, lattices or meanders. In a first embodiment according to FIG.
  • the conductive layer 13 a is formed by means of a coating of the molded part 7 a with an electrically conductive material 14.
  • graphite is provided as the conductive material 14a.
  • the conductive layer 13a may be formed by a material surface surface of the molded part 7a.
  • the molding 7a has a material composition W including an electrically conductive filler 15a.
  • filler 15a aluminum particles are provided.
  • the material composition W has a thermoplastic elastomer.
  • PP-EPDM polypropylene ethylene-propylene-diene rubber
  • the sensor 9 is designed such that a collision-induced change in the electrical resistance R1 of the conductive layer 13a can be detected. With reference to FIG. 1, this is schematically with the indicated there dashed line connection between the sensor 9 and the mold element 7a.
  • the electrical resistance R1 changes due to an equipotential bonding between the obstacle H and the conductive layer 13a. This presupposes that the obstacle H is not electrically insulated from the electrical potential of the conductive layer 13a.
  • protective elements 7b, 7c and 7i and 7j according to FIGS. 5a to 6f according to the invention have, in terms of their structural and functional design, similarities with the embodiment previously described with reference to FIGS. 1 to 4c. To avoid repetition, reference is therefore made to the disclosure of the embodiment according to FIGS. 1 to 4c. In the following, only the essential differences of the embodiments according to FIGS. 5a to 6f will be discussed. Functional and / or identical sections and parts of these embodiments are provided with the same reference numerals with the addition of changed lowercase letters.
  • the embodiment according to FIGS. 5a to 5d provides a clamshell shaped part 7b.
  • the molded part 7b has in this respect an upper shell 16b and a lower shell 17b.
  • the lower shell 17b is presently provided for abutment against the outer wall portion 8 of the industrial robot R.
  • the lower shell 17b may be spaced apart from the outer wall section 8 in the assembled state.
  • a soft elastic material between the lower shell 17 b and the outer wall portion 8.
  • the molded part 7b has a first electrically conductive conductive layer 13b and a second electrical conductive layer 18b.
  • the conductive layers 13b, 18b are disposed opposite to each other between the upper shell 16b and the lower shell 17b. In this case, the conductive layers 13b, 18b contact already directly in a collision-uninfluenced state of the molded part 7b.
  • the conductive layers 13b and 18b are each formed by means of a coating of the upper shell 16b or of the lower shell 17b with an electrically conductive material 14b, namely graphite.
  • an electrically conductive material 14b namely graphite.
  • the conductive layers 13b, 18b are each formed by the respective material surface of the upper shell 16b or the lower shell 17b.
  • the lower shell has the material composition Wb with an electrically conductive filler 15b.
  • the upper shell 16a has a deviating material composition Vb, which contains an electrically conductive filler 15b, namely graphite.
  • the upper shell 16b is made soft elastic.
  • the lower shell 17b may be made soft elastic.
  • the embodiment according to FIGS. 6a to 6d provides a two-shell embodiment of the molding 7c there.
  • the molded part 7c has an upper shell 16c and a lower shell 17c, wherein the lower shell 17c is in turn provided for bearing against the outer wall section 8.
  • the molded part 7c provides a cavity 19, which is arranged in the thickness direction of the molded part 7c between the lower shell 17c and the upper shell 16c.
  • the cavity 19 is sealed airtight to the outside.
  • the molded part 7c in turn has a first and a second electrically conductive conductive layer 13c and 18c, respectively.
  • the first conductive layer 13c is formed on an inner surface of the upper shell 16c.
  • the second conductive layer 18c is formed on an inner surface of the lower shell 17c.
  • the conductive layers 13c and 18c are arranged opposite to each other in accordance with the embodiment of FIGS. 5a to 5d between the lower shell 17c and the upper shell 16c.
  • the conductive layers 13c, 18c are spaced apart in the thickness direction by the cavity 19 formed between the upper and lower shell 16c, 17c.
  • the distance is about 5 mm, but this does not necessarily have to be the case.
  • the distance may be greater or less than 5 mm.
  • the conductive layers 13c, 18c are each formed by means of a coating of the upper shell 16c or the lower shell 17c with an electrically conductive material 14c.
  • the variant according to FIG. 7d provides a configuration of the upper shell 16c and the conductive layer 13c formed thereon.
  • the conductive layer 18c is formed by the inner material surface of the lower shell 17c, which for this purpose has an electrically conductive material composition Wc with an electrically conductive filler 15c.
  • the upper shell 16c approaches in a collision of the molding 7c with the obstacle H due to a soft elastic design of the molding 7c of the lower shell 17c.
  • the upper shell 16c made of a plastic foam and / or be thin-walled and thus compliant.
  • This results in an electrical contact between the first conductive layer 13c and the second conductive layer 18c.
  • This causes a change in the electrical resistance of the first conductive layer 13c and / or the second conductive layer 18c, which can be detected by means of the sensor system 9.
  • the sensor system 9 is designed such that such a collision-induced change in the pressure P in the cavity 19 can be detected.
  • the sensor 9 may have a pressure sensor which may be arranged in the cavity 19.
  • a molded part 7i can be seen, which is essentially identical in terms of its structural and functional design to the molded part according to FIGS. 6a to 6d. To avoid repetition, reference is made in this respect to the disclosure in connection with the molded part 7c, which applies analogously to the molded part 7i.
  • the molded part 7i provides a spring device FE.
  • the spring device FE is arranged in the thickness direction between the upper shell 16i and the lower shell 17i.
  • the spring device FE is arranged in a cavity 19i formed in the thickness direction between the upper shell 16i and the lower shell 17i and designed such that a collision-induced deformation of the upper shell 16i is cushioned by means of the spring device FE.
  • This configuration avoids that even comparatively slight collision-induced deformations of the molded part 7i lead to a contacting of the upper shell 16i to the lower shell 17i and thus to a collision-induced change in resistance of the first conductive layer 16 - which is provided on one of the lower shell 17i facing inner side of the upper shell 16i. to lead.
  • the spring device FE acts as a kind of flexible spacer.
  • the lower shell is presently designed in the form of a foam core 17i.
  • the foam core 17i is made of plastic, wherein the plastic has an electrically conductive material composition.
  • the plastic material may be provided with a suitable filling material, for example metal particles, carbon black or the like.
  • the material surface of the foam core 17i thus forms a second electrical conductive layer.
  • the foam core may have a plurality of layers, wherein at least one upper - provided for contacting with the upper shell - layer is conductive.
  • the spring device FE is arranged on an upper side O of the foam core 17i.
  • the upper side O of the foam core 17i faces the unspecified inner side of the upper shell 16i. In this case, the spring device on an electrically non-conductive and lattice-shaped foam structure SR.
  • the foam structure SR is made of plastic.
  • the foam structure SR may be loosely inserted into the cavity 19i between the upper shell 16i and the foam core 17i.
  • the foam structure SR may be firmly connected to the top O.
  • the foam structure SR on the top O or sprayed onto this, glued or welded.
  • a molded part 7j can be seen which, in terms of its structural and functional design, has correspondences with the molded part 7i according to FIG. 6e. To avoid repetition, reference is made in this respect to the disclosure in connection with the molded part 7i, which applies analogously to the molded part 7j.
  • the molded part 7j is designed with three shells. In this case, an intermediate shell ZS is provided in the thickness direction between the upper shell 16j and the lower shell 17j. In the present case, the lower shell is again designed in the form of an electrically conductive foam core 17j.
  • the intermediate shell ZS is elastic and has on both sides - i.
  • the spring device FE is arranged on both sides of the intermediate shell ZS and has a first foam structure SR, which is arranged in the thickness direction between the lower shell 17j and the intermediate shells ZS, and a second foam structure SR ', which in the thickness direction between the intermediate shell ZS and the upper shell 16j is arranged.
  • the two foam structures SR, SR ' are in turn electrically non-conductive.
  • the molded part 7j thus permits collision detection based on a deformation of the upper shell 16j on the one hand and on the other on the basis of a deformation of the lower shell 17j.
  • the molded parts 7a, 7b and 7c and 7i and 7j have in common that they are each manufactured as a thermoforming component , That is, the mold parts 7a to 7c and 7i and 7j are each manufactured by means of a thermoforming process basically known in the field of plastics technology.
  • This thermoforming method provides for heating a thermoplastic semifinished product, for example a plastic plate goods or a plate-shaped plastic foam before. The heated plastic semi-finished product is vacuum-drawn in a thermoforming mold, cooled and demoulded.
  • the mold parts 7b and 7c are made in particular as twin-sheet components. That is, for their preparation, a known as such twin-sheet thermoforming method is provided.
  • a known as such twin-sheet thermoforming method is provided.
  • thermoforming two plate-shaped plastic semi-finished placed between each other opposing thermoforming molds and deep-drawn vacuum-deepened in the thermoforming dies, the thermoforming molds brought against each other for conditioning and the thermoformed plastic sheets are welded together.
  • the conductive layers 13a-c and 18b and 18c may each be configured differently, for example over the entire surface, meander-shaped, strip-shaped or the like. Particularly in the case of an at least bivalve embodiment of the molded part according to the embodiment according to FIGS.
  • a first conductive layer in the form of a meander-shaped first printed conductor 13d is formed on an inner wall 20d of an upper shell 16d of a molded part, wherein the upper shell 16d is rotated approximately 180 ° along its longitudinal axis for better recognition of the inner conductive line 13d.
  • the first conductor track 13d extends substantially over the entire inner wall 20d.
  • a connection section 21 d which is provided for electrically conductive connection to the sensor system 9, is arranged in the width direction of the upper shell 16d approximately in the middle of the end face. Starting from the connection section 21 d, the first conductor track 13d extends meander-shaped.
  • adjacent conductor portions 22d extending parallel to each other and extending in the width direction of the upper shell 16d are electrically conductively connected to each other by means of a bent connection portion 23d, respectively.
  • the inner wall 20d is only electrically conductive on the first conductor track 13d.
  • no electrical conductivity is present in the regions of the inner wall 20d arranged between the conductor track sections 22d.
  • the first interconnect 13d is provided to be contacted with a second conductive layer in the event of a collision of the molded part with the obstacle H.
  • This second conductive layer is advantageously formed on a lower shell of the molded part assigned to the upper shell 16d.
  • the second conductive layer is formed on an inner wall of the lower shell, which faces the inner wall 20d of the upper shell 16d.
  • the second conductive layer can in turn be configured differently.
  • a second conductive layer 18d is provided, which in the present case has the entire surface.
  • the second conductive layer 18d thus forms a continuous contact surface on which the meander-shaped printed conductor track 13d can be contacted with the obstacle H in the event of a collision of the molded part.
  • the second conductive layer 18d has a terminal portion 24d.
  • the connection section 24d is provided for an electrically conductive connection of the second conductive layer 18d to the sensor system 9.
  • the first conductor track 13d may be provided with a second connection section (not shown here).
  • the second connection section is advantageously arranged on an end of the conductor track 13d facing away from the first connection section 21d.
  • a first conductive layer is provided, which is formed in the form of a plurality of parallel, strip-shaped, electrically separated first conductor tracks 13e.
  • the first conductor tracks 13e extend parallel to one another and each have a connection section 21e which is provided with the sensor system 9 for connecting the respective first conductor track 13e.
  • the sensor 9 is advantageously designed such that a collision-induced change in the electrical resistance of each of the first interconnects 13e can be detected separately.
  • the first conductor tracks 13e may extend essentially over the entire width or the entire length of the inner wall of the upper shell.
  • the first traces have a width of about 10mm with respect to the plane of the drawing of FIG. 10a.
  • This embodiment makes it possible to narrow down a position of the contact of the obstacle H in the event of a collision, if only some of the first interconnects 13e are electrically contacted to the second conductive layer 18d. If the first conductor tracks 13e extend, for example, in the width direction of the upper shell 16d, a length position of the contact of the obstacle on the upper shell 16d can be determined. If the first conductor tracks 13e instead extend in the length direction of the upper shell 16d, a width position can be determined.
  • the embodiment according to FIG. 10b differs from the embodiment according to FIG. 10a only in that first printed conductors 13f are provided which have a smaller width of approximately 3 mm than the first printed conductors 13e. In this way, in particular a higher resolution of the above-described position determination can be achieved.
  • FIG. 11 provides a second conductive layer, which is designed in the form of a meander-shaped second conductor track 18e and extends transversely to the first conductor track 13d.
  • a second conductive layer which is designed in the form of a meander-shaped second conductor track 18e and extends transversely to the first conductor track 13d.
  • Fig. 1 1 apparent rotated by 90 ° from each other Arrangement of the meandering conductor tracks 13d and 18e, for example, a 45 or 135 ° twisted arrangement is conceivable.
  • the embodiment according to FIG. 12a differs from the embodiment according to FIG. 10a in that, instead of the completely formed second conductive layer 18d, a second conductive layer is provided in the form of a plurality of parallel, strip-shaped, electrically separated conductive tracks 18f.
  • the second interconnects 18f are arranged transversely to the first interconnects 13e.
  • Each of the second conductive lines 18f is provided with a terminal portion 24f.
  • the connection sections 24f are provided for the electrical connection of the respective second conductor track 18f to the sensor system 9.
  • the sensor 9 is advantageously designed such that a collision-induced change in the electrical resistance of each of the first interconnects 13e and each of the second interconnects 18f is separately detectable.
  • the first conductor tracks 13e and the second conductor tracks 18f form a kind of contact grid by the arrangement rotated by 90 ° relative to one another. In the event of a collision, therefore, a point of contact of the obstacle H on the upper shell 16d can be localized, depending on which of the first interconnects 13e and second interconnects 18f a change in the respective electrical resistance is detected.
  • the embodiment according to FIG. 12b differs from the embodiment according to FIG. 12a only in that first conductor tracks 13f and second conductor tracks 18g are provided which have a reduced strip width with respect to the first conductor tracks 13e and the second conductor tracks 18f. In this way, an improved position resolution can be achieved in the determination of a contact point of the obstacle H on the upper shell 16d. In addition, as complete a collision detection as possible can be achieved.
  • the conductor tracks according to FIGS. 10a to 12b may each be provided with an additional connection section for the purpose of detecting a defect-related resistance change.

Abstract

Schutzvorrichtung (1) für einen Industrieroboter (R) mit wenigstens einem Schutzelement, das als Hülle für einen Außenwandabschnitt (8) des Industrieroboters (R) vorgesehen ist, und einer dem Schutzelement zugeordneten Sensorik (9), die derart gestaltet ist, dass eine Kollision zwischen dem Schutzelement und einem Hindernis (H) erfassbar ist, wobei das Schutzelement ein aus Kunststoff gefertigtes Formteil (7a-c, 7i, 7j) ist, das an wenigstens einer Wirkoberfläche eine erste elektrisch leitfähige Leitschicht (13a-f) aufweist, und die Sensorik (9) ist derart gestaltet, dass eine kollisionsbedingte Änderung des elektrischen Widerstands (Rl) der ersten Leitschicht (13a-f) erfassbar ist.

Description

Schutzvorrichtung für einen Industrieroboter sowie Schutzelement für eine solche
Schutzvorrichtung
Die Erfindung betrifft eine Schutzvorrichtung für einen Industrieroboter mit wenigstens einem Schutzelement, das als Hülle für einen Außenwandabschnitt des Industrieroboters vorgesehen ist, und einer dem Schutzelement zugeordneten Sensorik, die derart gestaltet ist, dass eine Kollision zwischen dem Schutzelement und einem Hindernis erfassbar ist.
Eine derartige Schutzvorrichtung ist aus der AT 561 097 B1 bekannt und als Sicherheitsausstattung für einen kollaborierenden Industrieroboter vorgesehen. Als kollaborierende Industrieroboter werden im industriellen Bereich eingesetzte Roboter bezeichnet, die mit einer Person in einem gemeinsamen Arbeitsbereich zusammenarbeiten, wobei die Person nicht durch physische Schutzeinrichtungen wie Zäune, Absperrgitter oder dergleichen von dem Roboter abgeschirmt ist. Mangels einer solchen Abschirmung besteht grundsätzlich eine Kollisionsgefahr zwischen arbeitender Person und Roboter, beispielsweise bei einem unkoordinierten Eingriff der Person in den Verschwenkbereich des Roboters. Um dennoch eine ausreichende Arbeitssicherheit gewährleisten zu können, sind Schutzvorrichtungen erforderlich, die eine solche Kollision detektieren, um eine Notabschaltung des Roboters zu ermöglichen. Die bekannte Schutzvorrichtung weist wenigstens ein Schutzelement mit einer Schutzhülle und einer Basisplatte sowie eine dem Schutzelement zugeordnete Sensorik auf. Die Schutzhülle überspannt die Basisplatte kissenartig und ist im Wesentlichen gasdicht und elastisch gestaltet. Die Basisplatte ist zur Befestigung an einem potenziell kollisionsgefährdeten Außenwandabschnitt des Industrieroboters, beispielsweise an einem Gelenkarm, vorgesehen. Im Inneren des Schutzelements ist eine Pumpe vorgesehen, die einen Gasüberdruck in dem Schutzelement erzeugen soll. Bei einer Kollision wird die Schutzhülle elastisch deformiert. Infolgedessen steigt der Gasüberdruck im Inneren des Schutzelements. Die Sensorik der bekannten Schutzvorrichtung weist einen Drucksensor auf, mittels welchem ein solcher Druckanstieg erfassbar und in ein entsprechendes Signal umsetzbar ist. Das Signal ist an eine Steuereinheit des Roboters weiterleitbar, so dass dieser in Abhängigkeit des Signals abgeschaltet und schwerwiegende Verletzungen der Person vermieden werden können.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Schutzvorrichtung sowie ein Schutzelement der eingangs genannten Art zu schaffen, die einen vereinfachten Aufbau aufweisen und gleichzeitig eine hohe Funktionssicherheit gewährleisten. Diese Aufgabe wird für die Schutzvorrichtung dadurch gelöst, dass das Schutzelement ein aus Kunststoff gefertigtes Formteil ist, das an wenigstens einer Wirkoberfläche eine erste elektrisch leitfähige Leitschicht aufweist, und die Sensorik derart gestaltet ist, dass eine kollisionsbedingte Änderung des elektrischen Widerstands der ersten Leitschicht erfassbar ist. Durch die erfindungsgemäße Lösung kann ein einfacher und funktionssicherer Aufbau der Schutzvorrichtung erreicht werden, da auf eine aufwändige Gestaltung des Schutzelements und eine im Inneren des Schutzelements anzuordnende und potenziell ausfallgefährdete Pumpe verzichtet werden kann. Stattdessen ist das Schutzelement als einfach und kostengünstig herstellbares Kunststoffformteil gestaltet und weist eine mit einfachen Mitteln realisierbare elektrisch leitfähige Leitschicht auf. Bei einer potenzialausgleichenden Kontaktierung dieser Leitschicht infolge einer Kollision mit dem Hindernis ändert sich naturgemäß der elektrische Widerstand der Leitschicht. Die Sensorik ist erfindungsgemäß derart gestaltet, dass eine solche Veränderung des elektrischen Widerstandes der ersten Leitschicht erfassbar ist. Beispielsweise kann die Sensorik eine mit der ersten Leitschicht elektrisch verbundene, als solche bekannte Messschaltung aufweisen, die eine an der ersten Leitschicht anliegende elektrische Spannung und/oder einen durch die erste Leitschicht fließenden elektrischen Strom erfasst. Eine solche Sensorik ist bauraumsparend und kostengünstig realisierbar und zudem ausfallsicher. Das Formteil kann insbesondere mittels Urformen eines Kunststoffgranulats oder mittels Umformen eines Kunststoffhalbzeugs hergestellt sein. Die Wirkoberfläche des Formteils, an der die Leitschicht ausgebildet ist, kann eine Außen- oder eine Innenfläche des Formteils sein, die bei einer Kollision mit dem Hindernis wenigstens mittelbar, d.h. entweder unmittelbar durch das Hindernis oder beispielsweise durch einen gegenüberliegenden Wandabschnitt des Formteils, kontaktier- und/oder deformierbar ist. Die erste Leitschicht kann insbesondere abschnittsweise, bevorzugt im Wesentlichen vollständig, an der Wirkoberfläche ausgebildet sein. Selbstverständlich kann auch eine Mehrzahl von elektrisch leitfähigen Leitschichten, vorzugsweise an unterschiedlichen Wirkoberflächen, an dem Formelement vorgesehen sein. Bei einer solchen Ausgestaltung ist die Sensorik in vorteilhafter Weise derart gestaltet, dass eine Widerstandsänderung mehrerer, vorzugsweise sämtlicher, der Leitschichten erfassbar ist.
Die erfindungsgemäße Lösung eignet sich in besonders bevorzugter Weise für einen Industrieroboter in Gestalt eines Gelenkarmroboters. Die erfindungsgemäße Lösung kann aber auch für sonstige ortsfest oder autonom bewegte Handhabungsgeräte, wie beispielsweise selbstfahrende Flurförderfahrzeuge, einschließlich für mit einem solchen Handhabungsgerät verbundene Manipulatoren, Aufbauten oder dergleichen verwendet werden.
In Ausgestaltung der Erfindung ist die erste Leitschicht mittels einer Beschichtung des Formteils mit einem elektrisch leitfähigen Material, insbesondere mit Graphit, gebildet. Bei dieser Ausgestaltung der Erfindung kann das Formteil aus einem kostengünstig verfügbaren, elektrisch nicht leitenden Kunststoff gefertigt sein. Als elektrisch leitfähiges Material kann insbesondere Metall, Graphit oder ein elektrisch leitfähiger Kunststoff verwendet werden. Die Beschichtung des Formteils kann mittels eines grundsätzlich bekannten Verfahrens, beispielsweise mittels Aufsprühens oder Aufdampfens des leitfähigen Materials auf das Formteil oder mittels Koextrusion, ausgebildet sein.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung weist das Formteil eine Werkstoffzusammensetzung auf, die einen elektrisch leitfähigen Füllstoff beinhaltet, und die erste Leitschicht ist somit durch die Werkstoffoberfläche des Formteils gebildet. Demzufolge kann bei dieser Ausgestaltung der Erfindung auf einen gesonderten Fertigungsschritt zur Ausbildung der Leitschicht verzichtet werden. Als Füllstoff können insbesondere Metallpartikel und/oder -späne, bevorzugt Aluminiumflocken, verwendet werden. Alternativ oder zusätzlich kann die Werkstoffzusammensetzung des Formteils Rußpartikel beinhalten.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung weist das Formteil eine Werkstoffzusammensetzung auf, die einen thermoplastischen Elastomer, insbesondere PE-EPDM (Polyethylen Ethylen- Propylen-Dien-Kautschuk), bevorzugt PP-EPDM (Polypropylen Ethylen-Propylen-Dien- Kautschuk), besonders bevorzugt PE-LD (Polyethylen Low Density), beinhaltet. Durch die Verwendung von PE-EPDM oder PP-EPDM kann das Formteil weichelastisch und/oder mit einer geschlossenzelligen Struktur ausgebildet werden.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist das Formteil wenigstens zweischalig gestaltet und weist eine Ober- und eine Unterschale auf. Die Unterschale ist vorzugsweise zur Anlage an dem Außenwandabschnitt vorgesehen. Die Ober- und die Unterschale können jeweils getrennt voneinander gefertigte und nachträglich zusammengefügte Bauteile sein. Alternativ können die Ober- und die Unterschale in einem gemeinsamen Fertigungsschritt hergestellt und insoweit einstückig miteinander verbunden sein. Die Ober- und die Unterschale können in Dickenrichtung zueinander beabstandet oder unmittelbar übereinanderliegend angeordnet sein. Vorteilhafterweise sind die Ober- und die Unterschale derart gestaltet, dass einander gegenüberliegende Wandabschnitte der Ober- und der Unterschale bei einer Kollision des Formteils mit dem Hindernis miteinander zur Anlage gelangen oder ein bereits bestehender Kontakt zwischen diesen beiden Wandabschnitten verstärkt wird. Die erste Leitschicht kann insbesondere auf einer dem Außenwandabschnitt abgewandten Außenseite der Oberschale oder an einer dem Außenwandabschnitt zugewandten Innenseite der Oberschale vorgesehen sein. Alternativ kann die erste Leitschicht an einer dem Außenwandabschnitt abgewandten Oberseite der Unterschale oder an der Unterseite der Unterschale vorgesehen sein. Es ist selbstverständlich auch möglich, dass mehrere Leitschichten vorgesehen sind und beispielsweise eine Leitschicht an der Unterseite der Oberschale und eine weitere Leitschicht an der Oberseite der Unterschale ausgebildet ist.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung sind die Oberschale und die Unterschale in Dickenrichtung unter Ausbildung eines Hohlraumes angeordnet, wobei eine in Dickenrichtung elastisch nachgiebige Federeinrichtung in dem Hohlraum angeordnet und derart gestaltet ist, dass eine kollisionsbedingte Deformation der Oberschale mittels der Federeinrichtung abgefedert ist. Demnach ist die Federeinrichtung derart angeordnet, dass bei einer Kollision des Formteils mit dem Hindernis zunächst die Oberschale deformationsbedingt mit der Federeinrichtung zusammenwirkt und hierdurch abgefedert wird. Dabei kann die Federeinrichtung in Dickenrichtung unter Ausbildung eines Spaltes von der Oberschale beabstandet oder spaltfrei zu der Oberschale in dem Hohlraum angeordnet sein. Somit findet eine Kontaktierung zwischen der Ober- und der Unterschale erst dann statt, wenn die Kollision hinreichend stark ist und die Federeinrichtung in Dickenrichtung entsprechend stark zusammenfedert. Dabei ist die erste Leitschicht vorzugsweise an einer dem Außenwandabschnitt des Industrieroboters zugewandten Innenseite der Oberschale vorgesehen. Eine weitere Leitschicht kann an der Oberseite der Unterschale ausgebildet sein. Die Federeinrichtung ist elektrisch nicht leitfähig ausgebildet. Durch diese Ausgestaltung der Erfindung wird vermieden, dass bereits geringfügige kollisionsbedingte Deformationen des Formteils zu einer Kontaktierung zwischen Ober- und Unterschale und damit zu einer kollisionsbedingten Änderung des elektrischen Widerstands der ersten Leitschicht führen. Dem wird mittels der Federeinrichtung entgegengewirkt.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist die Unterschale in Form eines elektrisch leitfähigen Schaumkerns ausgebildet und die Federeinrichtung weist eine auf einer Oberseite des Schaumkerns angeordnete, elektrisch nicht leitfähige und gitterförmige Schaumstruktur auf. Der Schaumkern ist aus einem Kunststoff gebildet und weist eine elektrisch leitfähige Werkstoffzusammensetzung auf. Hierzu kann die Werkstoffzusammensetzung einen elektrisch leitfähigen Füllstoff, beispielsweise Metallpartikel, Ruß oder dergleichen, beinhalten. Die gitterförmige Schaumstruktur ist vorzugsweise aus einem Kunststoff gefertigt. Die Schaumstruktur kann auf die Oberseite des Schaumkerns aufgespritzt oder an diesen angespritzt sein. Alternativ kann die Schaumstruktur auf die Oberseite des Schaumkerns geschweißt oder geklebt sein. Sofern es sich bei dem Formteil um ein Thermoform-Bauteil, insbesondere ein Twin-Sheet-Bauteil, handelt, kann die Schaumstruktur vor, nach oder während eines entsprechenden Formgebungsprozesses mit der Oberseite des Schaumkerns zusammengefügt werden. Eine gitterförmige Gestaltung der Schaumstruktur hat sich als besonders vorteilhaft erwiesen. Dies, da ein kollisionsbedingtes Auslöseverhalten der Sensorik mit einfachen Mitteln über eine entsprechende geometrische Gestaltung der Schaumstruktur beeinflussbar ist. Hierzu kann beispielsweise eine Dicke der Schaumstruktur oder eine Shore- Härte der Schaumstruktur konstruktiv entsprechend dimensioniert werden.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist das Formteil dreischalig gestaltet, wobei eine in Dickenrichtung zwischen der Oberschale und der Unterschale angeordnete Zwischenschale vorgesehen ist, die - in Bezug auf die Dickenrichtung - beidseits leitfähig ausgebildet ist, und wobei die Federeinrichtung beidseits der Zwischenschale angeordnet ist. Bei dieser Ausgestaltung der Erfindung weist die Federeinrichtung vorzugsweise zwei elektrisch nicht leitfähige und gitterförmige Schaumstrukturen auf, wobei eine erste Schaumstruktur in Dickenrichtung zwischen der Oberschale und der Zwischenschale und eine zweite Schaumstruktur in Dickenrichtung zwischen der Zwischenschale und der Unterschale angeordnet ist. Diese Ausgestaltung der Erfindung ermöglicht eine nochmals verbesserte Funktionssicherheit, da nunmehr eine Kollision auch ausgehend von einer Deformation der Unterschale erkennbar ist. Dabei ist die Zwischenschale gleichsam zwischen der Oberschale und der Unterschale eingeschlossen. Mittels der beiden Schaumstrukturen der Federeinrichtung ist zum einen die Oberschale relativ zur Zwischenschale und zum anderen die Unterschale relativ zur Zwischenschale in Dickenrichtung abgefedert.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung weisen die Ober- und die Unterschale voneinander abweichende Werkstoffzusammensetzungen auf. Beispielsweise kann die Oberschale aus einem vergleichsweise nachgiebigeren Werkstoff hergestellt sein als die Unterschale oder umgekehrt. Vorzugsweise kann die Oberschale aus einem Kunststoffschaum und die Unterschale aus einer vergleichsweise formstabileren Kunststoffplattenware gefertigt sein oder umgekehrt.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist die Ober- und/oder die Unterschale weichelastisch ausgestaltet. Diese weichelastische Ausgestaltung kann Werkstoff- und/oder strukturbedingt sein. Beispielsweise kann die Ober- und/oder die Unterschale aus einem weichelastischen Kunststoffwerkstoff, vorzugsweise einem Kunststoffschaum, gefertigt sein und/oder eine in sich nachgiebige, beispielsweise dünnwandige, Formgebung aufweisen. Durch diese Ausgestaltung der Erfindung kann insbesondere eine Reduktion der zwischen dem Formteil und dem Hindernis wirkenden Kräfte im Kollisionsfall erreicht werden. Hierdurch kann eine Verletzungsgefahr der mit dem Industrieroboter gemeinsam arbeitenden Person weiter verringert werden. In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist eine zweite elektrisch leitfähige Leitschicht vorgesehen, wobei die erste Leitschicht und die zweite Leitschicht derart zwischen der Unter- und der Oberschale einander gegenüberliegend angeordnet sind, dass die erste und die zweite Leitschicht bei einer Kollision des Formteils mit dem Hindernis wenigstens abschnittsweise gegeneinander elektrisch kontaktierbar sind. Die Leitschichten können in Dickenrichtung des Schutzelements zueinander beabstandet oder unmittelbar aufeinanderliegend angeordnet sein. Die Leitschichten weisen zueinander unterschiedliche elektrische Potentiale auf. Diese Ausgestaltung der Erfindung ist besonders vorteilhaft, da es im Kollisionsfall selbst dann zu einer Widerstandsänderung der ersten Leitschicht und/oder der zweiten Leitschicht kommt, wenn das Hindernis als solches gegenüber dem elektrischen Potential der ersten Leitschicht und/oder zweiten Leitschicht isoliert ist. Zudem sind die Leitschichten im Inneren des Formteils angeordnet und somit vor einem Verschmutzen und/oder weiteren unerwünschten Umwelteinflüssen geschützt. Bezüglich der Ausbildung der zweiten Leitschicht gilt das zu der ersten Leitschicht Offenbarte in entsprechender Weise, so dass die zweite Leitschicht entweder mittels einer Beschichtung des Formteils mit einem elektrisch leitfähigen Material ausgebildet sein kann. Alternativ kann die zweite Leitschicht durch eine Werkstoffoberfläche des Formteils ausgebildet sein, sofern das Formteil eine elektrisch leitfähige Werkstoffzusammensetzung aufweist.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist die erste Leitschicht an einer Innenwandung der Oberschale ausgebildet und die zweite Leitschicht ist an einer der Oberschale zugewandten Innenwandung der Unterschale ausgebildet. Die erste Leitschicht und/oder die zweite Leitschicht kann wiederum mittels einer Beschichtung oder - falls die Werkstoffzusammensetzung der Ober- oder Unterschale elektrisch leitfähig sein sollte - unmittelbar durch eine Werkstoffoberfläche, genauer: die entsprechende Innenwandung, der Unter- oder Oberschale, ausgebildet sein.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist die erste Leitschicht in Gestalt einer, insbesondere mäanderförmigen, ersten Leiterbahn ausgebildet. Demzufolge ist die Wirkoberfläche, an der die erste Leitschicht ausgebildet ist, nicht vollflächig sondern lediglich an der ersten Leiterbahn elektrisch leitfähig. Vorzugsweise erstreckt sich die erste Leiterbahn über die gesamte Wirkoberfläche. Die Leiterbahn kann beispielsweise in Form parallel erstreckter und elektrisch leitfähig miteinander verbundener Leiterbahnabschnitte ausgebildet sein. Vorzugsweise ist die erste Leiterbahn als eine Mäanderleiterbahn ausgebildet. Alternativ ist beispielsweise eine spiralförmige Gestaltung oder eine unregelmäßig geformte, zusammenhängende Erstreckung der ersten Leiterbahn möglich. Sofern die erste Leitschicht an der Innenwandung der Oberschale ausgebildet ist, kann es bei einer Beschädigung der Oberschale, beispielsweise in Form eines Risses oder eines Loches, zu einer Unterbrechung der ersten Leiterbahn kommen. Infolge einer solchen Unterbrechung steigt der elektrische Widerstand der ersten Leiterbahn an. Eine solche Widerstandsänderung ist mittels der Sensorik erfassbar. Durch diese Ausgestaltung der Erfindung wird eine verbesserte Funktionssicherheit erreicht, da Beschädigungen an dem Formteil detektiert werden können.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist die erste Leitschicht in Gestalt einer Mehrzahl wenigstens abschnittsweise parallel erstreckter, insbesondere streifenförmiger, elektrisch voneinander getrennter erster Leiterbahnen ausgebildet. Demzufolge ist die Wirkoberfläche, an der die erste Leitschicht ausgebildet ist, nicht vollflächig sondern lediglich an der ersten Leiterbahn elektrisch leitfähig. Vorzugsweise erstrecken sich die ersten Leiterbahnen im Wesentlichen über die gesamte Breite und oder Länge der Wirkoberfläche. Die ersten Leiterbahnen können beispielsweise jeweils eine Breite von 10 mm, bevorzugt 3 mm, aufweisen. Dabei können die ersten Leiterbahnen gleichförmig oder voneinander verschieden geformt sein. Die Sensorik kann bei dieser Ausgestaltung von Vorteil derart gestaltet sein, dass eine kollisionsbedingte Änderung des elektrischen Widerstandes einer jeden der ersten Leiterbahnen erfassbar ist. Diese Ausgestaltung der Erfindung ermöglicht es, eine Position der Berührung des Hindernisses an dem Formteil im Kollisionsfall näher einzugrenzen. Sind die ersten Leiterbahnen in Breitenrichtung des Formteils erstreckt kann demnach eine Längenposition der Berührung ermittelt werden. Sind die ersten Leiterbahnen stattdessen in Längenrichtung des Formteils erstreckt, kann eine Breitenposition der Berührung ermittelt werden.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist die zweite Leitschicht in Gestalt einer, insbesondere mäanderförmigen, zweiten Leiterbahn ausgebildet und quer zu der ersten Leiterbahn oder den ersten Leiterbahnen erstreckt. Alternativ ist beispielsweise eine spiralförmige Gestaltung oder eine unregelmäßig geformte, zusammenhängende Erstreckung der zweiten Leiterbahn möglich. Die zweite Leiterbahn ist quer, d.h. um etwa 90° gedreht, zu der ersten Leiterbahn oder den ersten Leiterbahnen angeordnet. Sofern die zweite Leitschicht mittels einer Beschichtung ausgebildet ist, kann auf diese Weise insbesondere leitfähiges Material eingespart werden.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist die zweite Leitschicht in Gestalt einer Mehrzahl wenigstens abschnittsweise parallel erstreckter, insbesondere streifenförmiger, elektrisch voneinander getrennter zweiter Leiterbahnen, die quer zu der ersten Leiterbahn oder den ersten Leiterbahnen erstreckt sind, ausgebildet. Vorzugsweise ist hierbei die erste Leitschicht in Gestalt einer Mehrzahl parallel erstreckter, insbesondere streifenförmiger, elektrisch voneinander getrennter erster Leiterbahnen ausgebildet. Dabei können die zweiten Leiterbahnen gleichförmig oder voneinander verschieden geformt sein. Auf diese Weise bilden die ersten und die zweiten Leiterbahnen eine Art Raster aus. Beispielsweise sind die ersten Leiterbahnen in Längsrichtung und die zweiten Leiterbahnen in Breitenrichtung des Formteils erstreckt oder umgekehrt. Die Sensorik kann bei dieser Ausgestaltung von Vorteil derart gestaltet sein, dass eine kollisionsbedingte Änderung des elektrischen Widerstandes einer jeden der ersten Leiterbahnen und einer jeden der zweiten Leiterbahnen erfassbar ist. Diese Ausgestaltung der Erfindung ermöglicht es, eine Position der Berührung des Hindernisses an dem Formteil im Kollisionsfall zu bestimmen. In Abhängigkeit davon, bei welcher der ersten und bei welcher der zweiten Leiterbahnen eine kollisionsbedingte Widerstandänderung erfasst wird, kann eine Position in dem durch die Leiterbahnen gebildeten Raster bestimmt werden. Zudem kann von Vorteil ermittelt werden, ob eine punktuelle oder eine flächige Kollision vorliegt, je nachdem, ob lediglich einzelne oder mehrere benachbarte Leiterbahnen eine Änderung des elektrischen Widerstandes erfahren.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist das Formteil ein Thermoform-Bauteil, insbesondere ein Twin-Sheet-Bauteil. Das Thermoform-Bauteil kann mittels eines grundsätzlich bekannten Thermoform-Verfahrens hergestellt sein. Soweit das Formteil einen einschaligen Aufbau aufweist, kann es von Vorteil als Single-Sheet-Bauteil gefertigt sein. Single-Sheet-Forming ist im Bereich der Kunststoffverarbeitung grundsätzlich bekannt. Soweit das Formteil einen mehrschaligen Aufbau und/oder einen Hohlraum aufweist, ist es besonders vorteilhaft, wenn es als Twin-Sheet-Bauteil, d.h. mittels eines grundsätzlich bekannten Twin-Sheet-Verfahrens, hergestellt ist. Bei letztgenanntem Verfahren, das eine Sonderform des Thermo-Formens darstellt, werden zwei plattenförmige Kunststoffhalbzeuge in einem einzigen Arbeitsgang erhitzt, vakuumtiefgezogen und miteinander verschweißt. Alternativ kann das Formteil bei einem mehrschaligen Aufbau aus mehreren mittels Single-Sheet-Formings getrennt voneinander hergestellten Single-Sheet-Bauteilen zusammengefügt sein. Die Single-Sheet- Bauteile können zur Herstellung des mehrschalig aufgebauten Formteils beispielsweise miteinander verklebt, verschweißt oder vernäht sein. Durch diese Ausgestaltung der Erfindung kann ein besonders kostengünstig und materialsparend herstellbares Formteil erreicht werden.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung weist das Formteil einen luftdicht abgeschlossenen Hohlraum auf und die Sensorik ist derart gestaltet, dass eine kollisionsbedingte Veränderung des Luftdrucks in dem Hohlraum erfassbar ist. Zur Erfassung der kollisionsbedingten Luftdruckänderung kann die Sensorik einen Drucksensor aufweisen, der im Inneren des Formteils angeordnet sein kann. Durch diese Ausgestaltung der Erfindung kann eine redundante Kollisionserfassung, nämlich einerseits basierend auf einer Erfassung der kollisionsbedingten Änderung des elektrischen Widerstands der Leitschicht und andererseits auf Basis einer kollisionsbedingten Änderung des Luftdrucks in dem Hohlraum, und somit eine besonders hohe Funktionssicherheit der Schutzvorrichtung erreicht werden.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist der Hohlraum zwischen der Unter- und der Oberschale ausgebildet, wobei diese luftdicht miteinander verbunden sind.
Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird für ein Schutzelement der eingangs genannten Art dadurch gelöst, dass es in Gestalt eines aus einem Kunststoff gefertigten Formteils nach einem der vorhergehenden Ansprüche ausgebildet ist.
Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen sowie aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele der Erfindung, die anhand der Zeichnungen dargestellt sind.
Fig. 1 zeigt in schematischer Perspektivdarstellung einen Industrieroboter mit einer
Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Schutzvorrichtung, die zwei erfindungsgemäße Schutzelemente einer ersten Ausführungsform und eine den Schutzelementen zugeordnete Sensorik aufweist,
Fig. 2 die beiden Schutzelemente nach Fig. 1 in einer schematischen
Perspektivdarstellung,
Fig. 3a, 3b eines der Schutzelemente nach den Fig. 1 und 2 in einer schematischen
Untersicht (Fig. 3a) und einer schematischen Seitenansicht (Fig. 3b),
Fig. 4a, 4b das Schutzelement nach den Fig. 3a, 3b in schematischen
Längsschnittdarstellung entlang einer Schnittlinie A-A nach Fig. 3a (Fig. 4a) und einer schematischen Querschnittsdarstellung entlang einer Schnittlinie B-B nach Fig. 3b (Fig. 4b),
Fig. 4c, 4d in einer vergrößerten Darstellung einen Bereich I nach Fig. 4b für eine erste
Ausführungsvariante (Fig. 4c) und eine zweite Ausführungsvariante (Fig. 4d) des Schutzelements nach den Fig. 3a bis 4b,
Fig. 5a, 5b eine zweite Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Schutzelements in einer
Längs- sowie einer Querschnittsdarstellung entsprechend den Fig. 4a bzw. 4b, in einer vergrößerten Darstellung einen Bereich II nach Fig. 5b für eine erste Ausführungsvariante (Fig. 5c) und eine zweite Ausführungsvariante (Fig. 5d) des Schutzelements nach den Fig. 5a und 5b, eine dritte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Schutzelements in einer Längs- sowie einer Querschnittsdarstellung entsprechend der Fig. 4a bzw. 4b, in einer vergrößerten Darstellung einen Bereich III nach Fig. 6b für eine erste erfindungsgemäße Ausführungsvariante (Fig. 6c) sowie eine zweite erfindungsgemäße Ausführungsvariante (Fig. 6d) des Schutzelements nach den Fig. 6a, 6b, in schematischer Perspektivdarstellung eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Schutzelements, in schematischer Perspektivdarstellung eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Schutzelements, in schematischer Perspektivdarstellung eine Oberschale einer weiteren Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Schutzelementes mit einer in Gestalt einer ersten Leiterbahn ausgebildeten ersten Leitschicht, eine abgewickelte, ebene Darstellung der ersten Leiterbahn nach Fig. 7, in schematischer, vereinfachter Prinzipdarstellung die erste Leitschicht nach den Fig. 7 und 8 zusammen mit einer vollflächig ausgebildeten zweiten Leitschicht,
Fig. 10a, 10b jeweils in schematischer, vereinfachter Prinzipdarstellung eine zweite (Fig. 10a) und eine dritte erfindungsgemäße Ausgestaltung (Fig. 10b) einer ersten Leitschicht und einer zweiten Leitschicht,
Fig. 1 1 , in schematischer, vereinfachter Prinzipdarstellung eine vierte erfindungsgemäße
Ausgestaltung einer ersten und einer zweiten Leitschicht und
Fig. 12a, 12b jeweils in schematischer, vereinfachter Prinzipdarstellung eine fünfte (Fig. 12a) und eine sechste erfindungsgemäße Ausgestaltung (Fig. 12b) einer ersten Leitschicht und einer zweiten Leitschicht. Gemäß Fig. 1 ist ein Industrieroboter R in Gestalt eines Gelenkarmroboters mit einer Schutzvorrichtung 1 versehen. Der Gelenkarmroboter R weist einen ersten Gelenkarm 2 auf, der um eine im Wesentlichen horizontal ausgerichtete Drehachse verschwenkbar an einem Sockelabschnitt 3 angelenkt ist. Der Sockelabschnitt 3 ist um eine im Wesentlichen vertikal ausgerichtete Drehachse drehbar an einem Fußabschnitt 4 gelagert, der bodenfest mit einem Fundament F verschraubt ist. Weiter weist der Gelenkarmroboter R einen zweiten Gelenkarm 5 auf, der einends eine nicht näher spezifizierte Werkzeugaufnahme 6 aufweist und andernends um eine im Wesentlichen horizontal ausgerichtete Drehachse verschwenkbar an dem ersten Gelenkarm 2 angelenkt ist. Die Werkzeugaufnahme 6 kann um eine im Wesentlichen horizontal ausgerichtete Drehachse gegenüber dem zweiten Gelenkarm 5 verschwenkbar und zudem um die Längsachse des zweiten Gelenkarms 5 gegenüber diesem drehbar sein. Die Gelenkarme 2, 5 sowie der Sockelabschnitt 3 und die Werkzeugaufnahme 6 sind auf grundsätzlich bekannte Weise mittels nicht näher ersichtlicher Antriebsmotoren um die entsprechenden Drehachsen verlagerbar, so dass der Gelenkarmroboter R Arbeiten innerhalb eines Arbeitsbereichs A ausführen kann. Vorliegend ist innerhalb des Arbeitsbereichs A des Gelenkarmroboters R ein Hindernis H angeordnet, das ortsfest oder beweglich sein kann. Das Hindernis H ist in Fig. 1 lediglich schematisch und stark vereinfacht - im Sinne eines generischen Platzhalters - dargestellt und kann insbesondere eine in dem Arbeitsbereich A arbeitende Person sein. Alternativ ist es auch möglich, dass das Hindernis H durch einen Abschnitt, beispielweise den Sockelabschnitt 3 oder den Fußabschnitt 4, des Gelenkarmroboters R gebildet ist. Die Schutzvorrichtung 1 dient der Gewährleistung einer ausreichenden Arbeitssicherheit und ist auf noch näher zu erläuternde Weise derart ausgestaltet, dass eine Kollision zwischen dem Industrieroboter R und dem Hindernis H detektierbar ist, um eine Notabschaltung des Industrieroboters R im Kollisionsfall zu ermöglichen.
Zu diesem Zweck weist die Schutzvorrichtung 1 Schutzelemente 7a auf, die als Hülle für einen Außenwandabschnitt 8 des Industrieroboters R vorgesehen sind. In dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 sind zwei Schutzelemente 7a vorgesehen, die den zweiten Gelenkarm 5 im Wesentlichen vollständig ummanteln. Selbstverständlich ist es auch möglich, dass weniger oder mehr als zwei Schutzelemente 7a vorgesehen sind und dass diese alternativ oder zusätzlich beispielsweise an dem ersten Gelenkarm 2 und/oder dem Sockelabschnitt 3 vorgesehen sind. Weiter weist die Schutzvorrichtung 1 eine den Schutzelementen 7a, 7a zugeordnete Sensorik 9 auf, die derart gestaltet ist, dass eine Kollision zwischen dem Hindernis H und wenigstens einem der Schutzelemente 7a erfassbar ist. Die Sensorik 9 ist anhand Fig. 1 lediglich vereinfacht und schematisch dargestellt und kann beispielsweise elektrische und/oder elektronische Komponenten umfassen, die innerhalb und/oder außerhalb des jeweiligen Schutzelementes 7a, 7a angeordnet sein können. Die Sensorik 9 ist derart ausgestaltet, dass wenigstens eine nicht näher bezeichnete physikalische Größe an dem jeweiligen Schutzelement 7a erfassbar ist, was anhand Fig. 1 mittels der dort ersichtlichen strichliert gezeichneten Verbindungen zwischen der Sensorik 9 und dem jeweiligen Schutzelement 7a verdeutlicht werden soll. Weiter kann die Sensorik 9 dazu vorbereitet sein, in Abhängigkeit der an den Schutzelementen 7a, 7a erfassten physikalischen Größen ein Ausgangssignal M an eine nicht näher ersichtliche Steuereinheit des Gelenkarmroboters R zu übermitteln. Mittels des Signals M kann im Kollisionsfall eine Notabschaltung des Industrieroboters R bewirkt werden.
Wie insbesondere anhand der Fig. 2 sowie 3a und 3b ersichtlich ist, sind die Schutzelemente 7a, 7a jeweils in Gestalt eines Formteils ausgebildet. Die Formteile 7a, 7a sind jeweils aus Kunststoff gefertigt und weisen einen im Wesentlichen identischen Aufbau auf, so dass nachfolgend zur Vermeidung von Wiederholungen lediglich auf eines der beiden Formteile 7a, 7a näher eingegangen wird.
Das Formteil 7a weist eine halbschalenförmige Gestalt auf, deren Innenkontur 10a im Wesentlichen einer Kontur des Außenwandabschnitts 8 des Industrieroboters R nachempfunden sein kann. Weiter weist das Formteil 7a eine Aussparung 1 1 a auf, die in betriebsfertig montiertem Zustand die Werkzeugaufnahme 6 des Industrieroboters R freigibt. Weiter weist das Formteil 7a an einer im betriebsfertig montierten Zustand dem Außenwandabschnitt 8 abgewandten Wirkoberfläche eine erste elektrisch leitfähige Leitschicht 13a auf. Die erste elektrisch leitfähige Leitschicht 13a ist im Wesentlichen vollflächig an der Wirkoberfläche ausgebildet. Selbstverständlich ist es auch möglich, dass die erste Leitschicht 13a lediglich abschnittsweise, beispielsweise streifen-, gitter- oder mäanderförmig, ausgebildet ist. In einer ersten Ausführungsvariante gemäß Fig. 4c ist die Leitschicht 13a mittels einer Beschichtung des Formteils 7a mit einem elektrisch leitfähigen Material 14 gebildet. Vorliegend ist als leitfähiges Material 14a Graphit vorgesehen. Alternativ zu der Variante gemäß Fig. 4c kann nach Fig. 4d die Leitschicht 13a durch eine Werkstoffoberfläche Oberfläche des Formteils 7a gebildet sein. Zu diesem Zweck weist das Formteil 7a eine Werkstoffzusammensetzung W auf, die einen elektrisch leitfähigen Füllstoff 15a beinhaltet. Als Füllstoff 15a sind Aluminiumpartikel vorgesehen. Weiter weist die Werkstoffzusammensetzung W einen thermoplastischen Elastomer auf. Als thermoplastischer Elastomer ist bei dem Ausführungsbeispiel gemäß den Fig. 4a bis 4d PP-EPDM (Polypropylen Ethylen-Propylen-Dien- Kautschuk) gewählt.
Die Sensorik 9 ist derart gestaltet, dass eine kollisionsbedingte Änderung des elektrischen Widerstands R1 der Leitschicht 13a erfassbar ist. Anhand Fig. 1 ist dies schematisch mit der dort strichliert eingezeichneten Verbindung zwischen der Sensorik 9 und dem Formelement 7a angedeutet. Der elektrische Widerstand R1 ändert sich infolge eines elektrischen Potentialausgleichs zwischen dem Hindernis H und der Leitschicht 13a. Dies setzt voraus, dass das Hindernis H gegenüber dem elektrischen Potential der Leitschicht 13a nicht elektrisch isoliert ist.
Die Ausführungsformen erfindungsgemäßer Schutzelemente 7b, 7c sowie 7i und 7j nach den Fig. 5a bis 6f weisen hinsichtlich ihrer strukturellen sowie funktionellen Ausgestaltung Übereinstimmungen mit der zuvor anhand der Fig. 1 bis 4c beschriebenen Ausführungsform auf. Zur Vermeidung von Wiederholungen wird daher auf die Offenbarung zu der Ausführungsform nach den Fig. 1 bis 4c verwiesen. Nachfolgend wird lediglich auf die wesentlichen Unterschiede der Ausführungsformen nach den Fig. 5a bis 6f eingegangen. Funktions- und/oder baugleiche Abschnitte und Teile dieser Ausführungsformen werden mit gleichen Bezugszeichenziffern unter Hinzufügung geänderter Kleinbuchstaben versehen.
Die Ausführungsform nach den Fig. 5a bis 5d sieht ein zweischalig gestaltetes Formteil 7b vor. Das Formteil 7b weist insoweit eine Oberschale 16b und eine Unterschale 17b auf. Die Unterschale 17b ist vorliegend zur Anlage an den Außenwandabschnitt 8 des Industrieroboters R vorgesehen. Alternativ kann die Unterschale 17b in montiertem Zustand beabstandet zu dem Außenwandabschnitt 8 sein. Hierdurch kann im Falle einer Kollision ein zusätzlicher Pufferweg erreicht werden. Zudem ist es zu diesem Zweck möglich, ein weichelastisches Material zwischen der Unterschale 17b und dem Außenwandabschnitt 8 anzuordnen. Wie anhand der vergrößerten Darstellungen der Fig. 5c und 5d ersichtlich ist, weist das Formteil 7b eine erste elektrisch leitfähige Leitschicht 13b und eine zweite elektrische Leitschicht 18b auf. Die Leitschichten 13b, 18b sind zwischen der Oberschale 16b und der Unterschale 17b einander gegenüberliegend angeordnet. Hierbei kontaktieren sich die Leitschichten 13b, 18b unmittelbar bereits in einem kollisionsunbeeinflussten Zustand des Formteils 7b. Bei der Variante gemäß Fig. 5c sind die Leitschichten 13b und 18b jeweils mittels einer Beschichtung der Oberschale 16b bzw. der Unterschale 17b mit einem elektrisch leitfähigen Material 14b, nämlich Graphit, gebildet. Bei der Variante gemäß Fig. 5d sind die Leitschichten 13b, 18b jeweils durch die jeweilige Werkstoffoberfläche der Oberschale 16b bzw. der Unterschale 17b gebildet. Zu diesem Zweck weist die Unterschale die Werkstoffzusammensetzung Wb mit einem elektrisch leitfähigen Füllstoff 15b. Demgegenüber weist die Oberschale 16a eine hiervon abweichende Werkstoffzusammensetzung Vb auf, die einen elektrisch leitfähigen Füllstoff 1 15b, nämlich Graphit, beinhaltet. Die Oberschale 16b ist weichelastisch ausgestaltet. Alternativ oder zusätzlich kann die Unterschale 17b weichelastisch ausgestaltet sein. Im Kollisionsfall mit dem Hindernis H kommt es zu einer jedenfalls lokalen Deformation der Ober- und der Unterschale 16b, 17b, wobei die elektrisch leitfähigen Leitschichten 13b, 18b verstärkt gegeneinander gepresst werden. Infolge dieser verstärkten Pressung ist eine Änderung des elektrischen Widerstands der ersten Leitschicht 13b und/oder der zweiten Leitschicht 18b mittels der Sensorik 9 erfassbar.
In Übereinstimmung mit der Ausführungsform nach den Fig. 5a bis 5d sieht die Ausführungsform nach den Fig. 6a bis 6d eine zweischalige Ausgestaltung des dortigen Formteils 7c vor. Ebenso wie das Formteil 7b weist das Formteil 7c eine Oberschale 16c und eine Unterschale 17c auf, wobei die Unterschale 17c wiederum zur Anlage an dem Außenwandabschnitt 8 vorgesehen ist. Im Gegensatz zu dem Formteil 7b sieht das Formteil 7c einen Hohlraum 19 vor, der in Dickenrichtung des Formteils 7c zwischen der Unterschale 17c und der Oberschale 16c angeordnet ist. Der Hohlraum 19 ist luftdicht nach außen abgeschlossen. Das Formteil 7c weist wiederum eine erste und eine zweite elektrisch leitfähige Leitschicht 13c bzw. 18c auf. Die erste Leitschicht 13c ist an einer Innenfläche der Oberschale 16c ausgebildet. Die zweite Leitschicht 18c ist an einer Innenfläche der Unterschale 17c ausgebildet. Insoweit sind die Leitschichten 13c und 18c in Übereinstimmung zu dem Ausführungsbeispiel gemäß den Fig. 5a bis 5d zwischen der Unterschale 17c und der Oberschale 16c einander gegenüberliegend angeordnet. Im Unterschied hierzu sind die Leitschichten 13c, 18c allerdings durch den zwischen der Ober- und der Unterschale 16c, 17c ausgebildeten Hohlraum 19 in Dickenrichtung voneinander beabstandet. Vorliegend beträgt der Abstand in etwa 5mm, was jedoch nicht zwingend der Fall sein muss. Je nach Anwendungsfall und insbesondere Abmessung des Gelenkarmroboters R kann der Abstand größer oder kleiner als 5 mm sein.
Bei der Ausführungsvariante nach Fig. 6c sind die Leitschichten 13c, 18c jeweils mittels einer Beschichtung der Oberschale 16c bzw. der Unterschale 17c mit einem elektrisch leitfähigen Material 14c gebildet. Die Variante gemäß Fig. 7d sieht eine hiermit übereinstimmende Ausgestaltung der Oberschale 16c und der an dieser ausgebildeten Leitschicht 13c vor. Demgegenüber ist die Leitschicht 18c durch die innenliegende Werkstoffoberfläche der Unterschale 17c ausgebildet, die zu diesem Zweck eine elektrisch leitfähige Werkstoffzusammensetzung Wc mit einem elektrisch leitfähigen Füllstoff 15c aufweist.
Die Oberschale 16c nähert sich bei einer Kollision des Formteils 7c mit dem Hindernis H aufgrund einer weichelastischen Ausgestaltung des Formteils 7c der Unterschale 17c an. Zu diesem Zweck beispielsweise die Oberschale 16c aus einem Kunststoffschaum gefertigt und/oder dünnwandig und somit nachgiebig gestaltet sein. Hierbei kommt es zu einer elektrischen Kontaktierung zwischen der ersten Leitschicht 13c und der zweiten Leitschicht 18c. Dies bewirkt eine Änderung des elektrischen Widerstands der ersten Leitschicht 13c und/oder der zweiten Leitschicht 18c, die mittels der Sensorik 9 erfassbar ist. Zudem kommt es aufgrund des luftdichten Abschlusses des Hohlraums 19 zu einer kollisionsbedingten Änderung eines Drucks P in dem Hohlraum 19. Die Sensorik 9 ist derart ausgestaltet, dass eine solche kollisionsbedingte Änderung des Drucks P in dem Hohlraum 19 erfassbar ist. Zu diesem Zweck kann die Sensorik 9 einen Drucksensor aufweisen, der in dem Hohlraum 19 angeordnet sein kann.
Anhand Fig. 6e ist ein Formteil 7i ersichtlich, das hinsichtlich seiner strukturellen sowie funktionellen Ausgestaltung im Wesentlichen identisch mit dem Formteil nach den Fig. 6a bis 6d ist. Zur Vermeidung von Wiederholungen wird insoweit auf die Offenbarung im Zusammenhang mit dem Formteil 7c verwiesen, die in analoger Weise für das Formteil 7i gilt. Im Unterschied zu dem Formteil 7c sieht das Formteil 7i eine Federeinrichtung FE vor. Die Federeinrichtung FE ist in Dickenrichtung zwischen der Oberschale 16i und der Unterschale 17i angeordnet. Die Federeinrichtung FE ist in einem in Dickenrichtung zwischen der Oberschale 16i und der Unterschale 17i ausgebildeten Hohlraum 19i angeordnet und derart gestaltet, dass eine kollisionsbedingte Deformation der Oberschale 16i mittels der Federeinrichtung FE abgefedert ist. Durch diese Ausgestaltung wird vermieden, dass bereits vergleichsweise geringfügige kollisionsbedingte Deformationen des Formteils 7i zu einer Kontaktierung der Oberschale 16i an der Unterschale 17i und damit zu einer kollisionsbedingen Widerstandsänderung der ersten Leitschicht - die vorliegend an einer der Unterschale 17i zugewandten Innenseite der Oberschale 16i ausgebildet ist - führen. Insoweit fungiert die Federeinrichtung FE als eine Art nachgiebiger Distanzhalter. Dabei ist die Unterschale vorliegend in Form eines Schaumkerns 17i ausgebildet. Der Schaumkern 17i ist aus Kunststoff gefertigt, wobei der Kunststoff eine elektrisch leitfähige Werkstoffzusammensetzung aufweist. Zu diesem Zweck kann der Kunststoffwerkstoff mit einem entsprechenden Füllmaterial, beispielsweise Metallpartikeln, Ruß oder dergleichen, versehen sein. Die Werkstoffoberfläche des Schaumkerns 17i bildet somit eine zweite elektrische Leitschicht aus. Bei einer nicht näher dargestellten Ausführungsform kann der Schaumkern mehrere Schichten aufweisen, wobei wenigstens eine oberste - zur Kontaktierung mit der Oberschale vorgesehenen - Schicht leitfähig ist. Die Federeinrichtung FE ist an einer Oberseite O des Schaumkerns 17i angeordnet. Die Oberseite O des Schaumkerns 17i ist der nicht näher bezeichneten Innenseite der Oberschale 16i zugewandt. Dabei weist die Federeinrichtung eine elektrisch nicht leitfähige und gitterförmig gestaltete Schaumstruktur SR auf. Die Schaumstruktur SR ist aus Kunststoff gefertigt. Die Schaumstruktur SR kann lose in den Hohlraum 19i zwischen der Oberschale 16i und dem Schaumkern 17i eingelegt sein. Alternativ kann die Schaumstruktur SR fest mit der Oberseite O verbunden sein. Beispielsweise kann die Schaumstruktur SR auf die Oberseite O auf- oder an diese angespritzt, aufgeklebt oder angeschweißt sein.
Anhand Figur 6f ist ein Formteil 7j ersichtlich, das hinsichtlich seiner strukturellen sowie funktionellen Ausgestaltung Übereinstimmungen mit dem Formteil 7i nach Figur 6e aufweist. Zur Vermeidung von Wiederholungen wird insoweit auf die Offenbarung im Zusammenhang mit dem Formteil 7i verwiesen, die in analoger Weise für das Formteil 7j gilt. Im Unterschied zu dem Formteil 7i ist das Formteil 7j dreischalig gestaltet. Dabei ist in Dickenrichtung zwischen der Oberschale 16j und der Unterschale 17j eine Zwischenschale ZS vorgesehen. Die Unterschale ist vorliegend wiederum in Form eines elektrisch leitfähigen Schaumkerns 17j ausgebildet. Die Zwischenschale ZS ist elastisch und weist beidseits - d.h. sowohl an ihrer der Oberschale 16j zugewandten Oberseite, als auch an ihrer der Unterschale 17j zugewandten Unterseite - jeweils eine elektrisch leitfähige Leitschicht auf. Die Federeinrichtung FE ist vorliegend beidseits der Zwischenschale ZS angeordnet und weist insoweit eine erste Schaumstruktur SR, die in Dickenrichtung zwischen der Unterschale 17j und den Zwischenschalen ZS angeordnet ist, und eine zweite Schaumstruktur SR' auf, die in Dickenrichtung zwischen der Zwischenschale ZS und der Oberschale 16j angeordnet ist. Die beiden Schaumstrukturen SR, SR' sind wiederum elektrisch nicht leitfähig ausgebildet. Das Formteil 7j erlaubt somit eine Kollisionserkennung ausgehend von einer Deformation der Oberschale 16j zum einen und zum anderen ausgehend von einer Deformation der Unterschale 17j.Den Formteilen 7a, 7b und 7c sowie 7i und 7j ist gemeinsam, dass sie jeweils als Thermoform-Bauteil hergestellt sind. Das heißt, die Formteile 7a bis 7c sowie 7i und 7j sind jeweils mittels eines im Bereich der Kunststofftechnik grundsätzlich bekannten Thermoform-Verfahrens hergestellt. Dieses Thermoform-Verfahren sieht ein Erwärmen eines thermoplastischen Kunststoffhalbzeugs, beispielsweise einer Kunststoff plattenware oder eines plattenförmigen Kunststoffschaums, vor. Das erwärmte Kunststoffhalbzeug wird in einer Tiefziehform vakuumutiefgezogen, abgekühlt und entformt.
Hierbei sind die Formteile 7b und 7c im Speziellen als Twin-Sheet-Bauteile hergestellt. Das heißt zu deren Herstellung ist ein als solches bekanntes Twin-Sheet-Thermoform-Verfahren vorgesehen. Bei dieser im Bereich der Kunststofftechnik grundsätzlich bekannten Sonderform des Thermoformens werden zwei plattenförmige Kunststoffhalbzeuge erwärmt, zwischen einander gegenüberliegend positionierte Tiefziehformen verbracht und vakuumunterstützt in die Tiefziehformen tiefgezogen, wobei die Tiefziehformen gegeneinander zur Anlage gebracht und die tiefgezogenen Kunststoffplatten miteinander verschweißt werden. Die Leitschichten 13a-c sowie 18b und 18c können jeweils verschiedenartig gestaltet, beispielsweise vollflächig, mäanderförmig, streifenförmig oder dergleichen, ausgebildet sein. Insbesondere bei einer wenigstens zweischaligen Ausgestaltung des Formteils gemäß der Ausführungsform nach den Fig. 6a bis 6d sowie gemäß den Ausführungsformen nach den Fig. 6e und 6f können mittels verschiedenartig gestalteter Leitschichten unterschiedliche Vorteile und Funktionalitäten erreicht werden. Nachfolgend wird anhand der Fig. 7 bis 12b näher auf spezifische Ausgestaltungen der ersten Leitschicht und der zweiten Leitschicht eingegangen.
Gemäß Fig. 7 ist eine erste Leitschicht in Gestalt einer mäanderförmigen ersten Leiterbahn 13d an einer Innenwandung 20d einer Oberschale 16d eines Formteils ausgebildet, wobei die Oberschale 16d zur besseren Erkennbarkeit der innenliegenden Leiterbahn 13d um in etwa 180° entlang ihrer Längsachse gedreht ist. Die erste Leiterbahn 13d ist im Wesentlichen über die gesamte Innenwandung 20d erstreckt. Ein Anschlussabschnitt 21 d, der zur elektrisch leitfähigen Verbindung mit der Sensorik 9 vorgesehen ist, ist in Breitenrichtung der Oberschale 16d in etwa mittig stirnendseitig angeordnet. Ausgehend von dem Anschlussabschnitt 21 d erstreckt sich die erste Leiterbahn 13d mäanderförmig. Hierbei sind benachbarte, zueinander parallel und in Breitenrichtung der Oberschale 16d erstreckte Leiterbahnabschnitte 22d jeweils mittels eines gebogenen Verbindungsabschnittes 23d elektrisch leitend miteinander verbunden. Die Innenwandung 20d ist lediglich an der ersten Leiterbahn 13d elektrisch leitfähig. In den zwischen den Leiterbahnabschnitten 22d angeordneten Bereichen der Innenwandung 20d liegt hingegen keine elektrische Leitfähigkeit vor. Die erste Leiterbahn 13d ist dazu vorgesehen, im Falle einer Kollision des Formteils mit dem Hindernis H mit einer zweiten Leitschicht kontaktiert zu werden. Diese zweite Leitschicht ist vorteilhafterweise an einer der Oberschale 16d zugeordneten Unterschale des Formteils ausgebildet. Vorzugsweise ist die zweite Leitschicht an einer Innenwandung der Unterschale, die der Innenwandung 20d der Oberschale 16d zugewandt ist, ausgebildet. Die zweite Leitschicht kann wiederum verschiedenartig ausgestaltet sein.
Gemäß Fig. 9 ist - wie anhand der stark vereinfachten Prinzipdarstellung verdeutlicht werden soll - eine zweite Leitschicht 18d vorgesehen, die vorliegend vollflächig ausgebildet ist. Die zweite Leitschicht 18d bildet somit eine durchgehende Kontaktfläche, an der die mäanderförmig ausgestaltete Leiterbahn 13d im Falle einer Kollision des Formteils mit dem Hindernis H kontaktierbar ist. Die zweite Leitschicht 18d weist einen Anschlussabschnitt 24d auf. Der Anschlussabschnitt 24d ist für eine elektrisch leitfähige Verbindung der zweiten Leitschicht 18d mit der Sensorik 9 vorgesehen. Die erste Leiterbahn 13d kann zusätzlich zu dem Anschlussabschnitt 21 d mit einem zweiten, vorliegend nicht näher dargestellten Anschlussabschnitt, versehen sein. Der zweite Anschlussabschnitt ist von Vorteil an einem dem ersten Anschlussabschnitt 21 d abgewandten Ende der Leiterbahn 13d angeordnet. Dadurch kann vorteilhafterweise eine defektbedingte Änderung des Widerstandes der Leiterbahn 13d unabhängig von einer Kontaktierung mit der zweiten Leitschicht 18d, beispielsweise mittels der zu diesem Zweck entsprechend eingerichteten Sensorik 9, erfasst werden.
Bei der Ausführungsform nach Fig. 10a ist anstelle der mäanderförmigen ersten Leiterbahn 13d eine erste Leitschicht vorgesehen, die in Gestalt einer Mehrzahl parallel erstreckter, streifenförmiger, elektrisch voneinander getrennter erster Leiterbahnen 13e ausgebildet ist. Die ersten Leiterbahnen 13e sind zueinander parallel erstreckt und weisen jeweils einen Anschlussabschnitt 21 e auf, der zu einer Verbindung der jeweiligen ersten Leiterbahn 13e mit der Sensorik 9 vorgesehen ist. Bei dieser Ausgestaltung ist die Sensorik 9 von Vorteil derart ausgestaltet, dass eine kollisionsbedingte Änderung des elektrischen Widerstands einer jeden der ersten Leiterbahnen 13e separat erfassbar ist. Die ersten Leiterbahnen 13e können sich je nach Orientierung im Wesentlichen über die gesamte Breite oder die gesamte Länge der Innenwandung der Oberschale erstrecken. Die ersten Leiterbahnen weisen - in Bezug auf die Zeichenebene der Fig. 10a - eine Breite von etwa 10mm auf. Diese Ausgestaltung ermöglicht es, eine Position der Berührung des Hindernisses H im Kollisionsfall näher einzugrenzen, sofern lediglich einzelne der ersten Leiterbahnen 13e gegenüber der zweiten Leitschicht 18d elektrisch kontaktiert werden. Sind die ersten Leiterbahnen 13e beispielsweise in Breitenrichtung der Oberschale 16d erstreckt, kann eine Längenposition der Berührung des Hindernisses an der Oberschale 16d ermittelt werden. Sind die ersten Leiterbahnen 13e stattdessen in Längenrichtung der Oberschale 16d erstreckt, kann eine Breitenposition ermittelt werden.
Die Ausführungsform gemäß Fig. 10b unterscheidet sich lediglich dahingehend von der Ausführungsform nach Fig. 10a, dass erste Leiterbahnen 13f vorgesehen sind, die gegenüber den ersten Leiterbahnen 13e eine geringere Breite von in etwa 3mm aufweisen. Auf diese Weise kann insbesondere eine höhere Auflösung der vorbeschriebenen Positionsermittlung erreicht werden.
Die Ausführungsform nach Fig. 1 1 sieht eine zweite Leitschicht vor, die in Gestalt einer mäanderförmigen zweiten Leiterbahn 18e ausgebildet und quer zu der ersten Leiterbahn 13d erstreckt ist. Anstelle der anhand Fig. 1 1 ersichtlichen um 90° gegeneinander verdrehten Anordnung der mäanderförmigen Leiterbahnen 13d und 18e ist beispielsweise auch eine um 45 oder 135° verdrehte Anordnung denkbar.
Die Ausführungsform nach Fig. 12a unterscheidet sich dahingehend von der Ausführungsform nach Fig. 10a, dass anstelle der vollflächig ausgebildeten zweiten Leitschicht 18d eine zweite Leitschicht in Gestalt einer Mehrzahl parallel erstreckter, streifenförmiger, elektrisch voneinander getrennter Leiterbahnen 18f vorgesehen ist. Die zweiten Leiterbahnen 18f sind quer zu den ersten Leiterbahnen 13e angeordnet. Jede der zweiten Leiterbahnen 18f ist mit einem Anschlussabschnitt 24f versehen. Die Anschlussabschnitte 24f sind zur elektrischen Verbindung der jeweiligen zweiten Leiterbahn 18f mit der Sensorik 9 vorgesehen. Bei dieser Ausführungsform ist die Sensorik 9 von Vorteil derart ausgestaltet, dass eine kollisionsbedingte Änderung des elektrischen Widerstandes einer jeden der ersten Leiterbahnen 13e und einer jeden der zweiten Leiterbahnen 18f separat erfassbar ist. Die ersten Leiterbahnen 13e und die zweiten Leiterbahnen 18f bilden durch die derartige, um 90° zueinander verdrehte Anordnung, eine Art Kontaktraster aus. Im Kollisionsfall kann daher ein Berührpunkt des Hindernisses H an der Oberschale 16d örtlich eingegrenzt werden, je nachdem, an welcher der ersten Leiterbahnen 13e und zweiten Leiterbahnen 18f eine Veränderung des jeweiligen elektrischen Widerstandes erfasst wird.
Die Ausführungsform nach Fig. 12b unterscheidet sich lediglich dahingehend von der Ausführungsform nach Fig. 12a, dass erste Leiterbahnen 13f und zweite Leiterbahnen 18g vorgesehen sind, die gegenüber den ersten Leiterbahnen 13e bzw. den zweiten Leiterbahnen 18f eine verringerte Streifenbreite aufweisen. Auf diese Weise kann eine verbesserte Positionsauflösung bei der Ermittlung eines Berührpunktes des Hindernisses H an der Oberschale 16d erreicht werden. Zudem kann dadurch eine möglichst lückenlose Kollisionsdetektion erreicht werden.
In gleicher Weise wie die Leiterbahn 13d nach Fig. 9 können die Leiterbahnen nach den Fig. 10a bis 12b zwecks der Detektion einer defektbedingten Widerstandsänderung jeweils mit einem zusätzlichen Anschlussabschnitt versehen sein.

Claims

Patentansprüche
1 . Schutzvorrichtung (1 ) für einen Industrieroboter (R) mit wenigstens einem Schutzelement, das als Hülle für einen Außenwandabschnitt (8) des Industrieroboters (R) vorgesehen ist, und einer dem Schutzelement zugeordneten Sensorik (9), die derart gestaltet ist, dass eine Kollision zwischen dem Schutzelement und einem Hindernis (H) erfassbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Schutzelement ein aus Kunststoff gefertigtes Formteil (7a-c, 7i, 7j) ist, das an wenigstens einer Wirkoberfläche eine erste elektrisch leitfähige Leitschicht (13a-f) aufweist, und die Sensorik (9) derart gestaltet ist, dass eine kollisionsbedingte Änderung des elektrischen Widerstands (R1 ) der ersten Leitschicht (13a-f) erfassbar ist.
2. Schutzvorrichtung (1 ) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die erste Leitschicht (13a-f) mittels einer Beschichtung des Formteils (7a-c, 7i, 7j) mit einem elektrisch leitfähigen Material (14a-c), insbesondere mit Graphit, gebildet ist.
3. Schutzvorrichtung (1 ) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Formteil (7a- c) eine Werkstoffzusammensetzung (Wa, Wb, Wc, Vb) aufweist, die einen elektrisch leitfähigen Füllstoff (15a-c, 1 15b) beinhaltet, und die erste Leitschicht (13a-f) somit durch eine Werkstoffoberfläche des Formteils (7a-c, 7i, 7j) gebildet ist.
4. Schutzvorrichtung (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Formteil (7a-c, 7i, 7j) eine Werkstoffzusammensetzung (Wa, Wb, Wc, Vb) aufweist, die einen thermoplastischen Elastomer, insbesondere PE-EPDM, bevorzugt PP-EPDM, besonders bevorzugt PE-LD, beinhaltet.
5. Schutzvorrichtung (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Formteil (7b, 7c, 7i, 7j) wenigstens zweischalig gestaltet ist und eine Oberschale (16b, 16c, 16d, 16i, 16j) und eine Unterschale (17b, 17c, 17i, 17j) aufweist.
6. Schutzvorrichtung (1 ) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberschale (16i, 16j) und die Unterschale (17i, 17j) in Dickenrichtung unter Ausbildung eines Hohlraumes (19i) angeordnet sind, wobei eine in Dickenrichtung elastisch nachgiebige Federeinrichtung (FE) in dem Hohlraum (19i) angeordnet und derart gestaltet ist, dass eine kollisionsbedingte Deformation der Oberschale (16i, 16j) mittels der Federeinrichtung (FE) abgefedert ist.
7. Schutzvorrichtung (1 ) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Unterschale in Form eines elektrisch leitfähigen Schaumkernes (17i, 17j) ausgebildet ist, und dass die Federeinrichtung wenigstens eine auf einer Oberseite (0) des Schaumkernes (17i, 17j) angeordnete, elektrisch nicht leitfähige und gitterförmige Schaumstruktur (SR) aufweist.
8. Schutzvorrichtung (1 ) nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Formteil (7j) dreischalig gestaltet ist, wobei eine in Dickenrichtung zwischen der Oberschale (16j) und der Unterschale (17j) angeordnete Zwischenschale (ZS) vorgesehen ist, die - in Bezug auf die Dickenrichtung - beidseits leitfähig ausgebildet ist, und wobei die Federeinrichtung (FE) beidseits der Zwischenschale (ZS) angeordnet ist.
9. Schutzvorrichtung (1 ) nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberschale (16b, 16c, 16d, 16i, 16j) und die Unterschale (17b, 17c, 17i, 17j) voneinander abweichende Werkstoffzusammensetzungen (Wb, Vb, Wc) aufweisen.
10. Schutzvorrichtung (1 ) nach einem der Ansprüche 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberschale (16b, 16c, 16d, 16i, 16j) und/oder die Unterschale (17b, 17c, 17i, 17j) weichelastisch ausgestaltet ist.
1 1 . Schutzvorrichtung (1 ) nach einem der Ansprüche 5 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass eine zweite elektrisch leitfähige Leitschicht (18b-g) vorgesehen ist, wobei die erste Leitschicht (13b-f) und die zweite Leitschicht (18b-g) derart zwischen der Unterschale (17b, 17c, 17i, 17j) und der Oberschale (16b, 16c, 16d, 16i, 16j) einander gegenüberliegend angeordnet sind, dass die erste und die zweite Leitschicht bei einer Kollision des Formteils (7b, 7c, 7i, 7j) wenigstens abschnittsweise gegeneinander elektrisch kontaktierbar sind.
12. Schutzvorrichtung (1 ) nach Anspruch 1 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die erste Leitschicht (13b-f) an einer Innenwandung der Oberschale (16b-d, 16i) ausgebildet ist und die zweite Leitschicht (18b-g) an einer der Oberschale (16b-d) zugewandten Innenwandung der Unterschale (17b, 17c, 17i) ausgebildet ist.
13. Schutzvorrichtung (1 ) Anspruch 1 1 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Leitschicht in Gestalt einer, insbesondere mäanderförmigen, ersten Leiterbahn (13d) ausgebildet ist.
14. Schutzvorrichtung (1 ) nach Anspruch 1 1 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Leitschicht in Gestalt einer Mehrzahl wenigstens abschnittsweise parallel erstreckter, insbesondere streifenförmiger, elektrisch voneinander getrennter erster Leiterbahnen (13e, 13f) ausgebildet ist.
15. Schutzvorrichtung (1 ) nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Leitschicht in Gestalt einer, insbesondere mäanderförmigen, zweiten Leiterbahn (18e) ausgebildet und quer zu der ersten Leiterbahn (13d, 13e) oder den ersten Leiterbahnen (13f) erstreckt ist.
16. Schutzvorrichtung (1 ) nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Leitschicht in Gestalt einer Mehrzahl wenigstens abschnittsweise parallel erstreckter, insbesondere streifenförmiger, elektrisch voneinander getrennter zweiter Leiterbahnen (18f, 18g), die quer zu der ersten Leiterbahn (13d, 13e) oder den ersten Leiterbahnen (13f) erstreckt sind, ausgebildet ist.
17. Schutzvorrichtung (1 ) nach dem Oberbegriff von Anspruch 1 oder nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Formteil ein Thermoform-Bauteil (7a-c, 7i, 7j), insbesondere ein Twin-Sheet-Bauteil (7b, 7c, 7i, 7j), ist.
18. Schutzvorrichtung (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Formteil (7c) einen luftdicht abgeschlossenen Hohlraum (19) aufweist und die Sensorik (9) derart gestaltet ist, dass eine kollisionsbedingte Änderung des Luftdrucks (P) in dem Hohlraum (19) erfassbar ist.
19. Schutzvorrichtung (1 ) nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass der Hohlraum (19) zwischen der Unterschale (17c) und der Oberschale (16c) ausgebildet ist, wobei diese luftdicht miteinander verbunden sind.
20. Schutzelement für eine Schutzvorrichtung (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Schutzelement in Gestalt eines aus Kunststoff gefertigten Formteils (7a-c, 7i, 7j) nach einem der vorhergehenden Ansprüche ausgebildet ist.
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