EP4284605A1 - Protection device for an industrial robot - Google Patents

Protection device for an industrial robot

Info

Publication number
EP4284605A1
EP4284605A1 EP22701382.8A EP22701382A EP4284605A1 EP 4284605 A1 EP4284605 A1 EP 4284605A1 EP 22701382 A EP22701382 A EP 22701382A EP 4284605 A1 EP4284605 A1 EP 4284605A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
lower shell
upper shell
protective device
protective
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
EP22701382.8A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Sven 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 EP4284605A1 publication Critical patent/EP4284605A1/en
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • 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
    • B25J19/063—Safety devices working only upon contact with an outside object
    • 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
    • B25J19/02—Sensing devices

Definitions

  • the invention relates to a protective device for an industrial robot, with at least one protective element that is intended to be applied to an outer wall section of the industrial robot, and with a control unit that is connected to the at least one protective element and is set up to control the industrial robot depending on an electrical contact state of the protective element wherein the at least one protective element has an electrically conductive lower shell and an electrically conductive upper shell which is arranged at a distance in the thickness direction and which is elastically flexible and can be electrically contacted with the lower shell under the action of a compressive force.
  • Such a protective device is known from DE 10 2017 218 229 A1 and is provided as safety equipment for a collaborative industrial robot.
  • Collaborative industrial robots are robots used in the industrial sector that work together with a person in a shared work area.
  • Physical shields, such as fences, barriers or the like, between the person and the robot are usually dispensed with. In the absence of such a shield, a collision can generally occur between the robot and the person, for example if the person reaches into a pivoting area of the robot in an uncoordinated manner.
  • protective devices are required that detect such a collision, for example to enable an emergency shutdown of the robot.
  • the known protective device has at least one protective element which is provided for application to an outer wall section of the industrial robot.
  • a control unit is provided, which is connected to the protective element and set up to control the industrial robot depending on an electrical contact state of the protective element.
  • the well-known protective element has a lower shell and an upper shell. Both the upper shell and the lower shell are electrically conductive. The upper shell yields elastically in the event of a collision and can thus be electrically contacted with the lower shell.
  • the protective element is manufactured by means of thermoforming.
  • the object of the invention is to provide a protective device of the type mentioned at the outset, which has a simplified structure compared to the prior art and enables simplified and particularly flexible manufacture.
  • This object is achieved in that the upper shell is connected in one piece to the lower shell by means of an electrically insulating and elastically flexible filling structure, the upper shell being formed in layers from an electrically conductive plastic and connected to the filling structure, and the filling structure being made in layers from a electrically insulating plastic is connected to the lower shell.
  • a particularly simple construction is achieved by the one-piece design of the protective element.
  • the additive formation of at least the upper shell and the filling structure enables particularly simple and flexible manufacture.
  • the solution according to the invention allows a simple structural specification of the compressive force required for electrical contacting.
  • the lower shell can be dimensionally stable.
  • the lower shell is preferably elastically flexible.
  • the lower shell is preferably made of an electrically conductive plastic.
  • a layer-by-layer additive manufacturing of the lower shell offers particular advantages, but is not absolutely necessary.
  • the lower shell can be made of sheet material or foam.
  • the filling structure is arranged between the lower shell and the upper shell in the direction of thickness and is formed additively in layers.
  • the filling structure is preferably supported on the lower shell or vice versa.
  • the filling structure is elastically flexible together with the upper shell under the action of said compressive force, ie in the event of a collision.
  • the filling structure preferably covers an inner side of the lower shell and/or an inner side of the upper shell only in sections. Accordingly, the filling structure does not form a closed insulating layer between the lower and the upper shell. Due to the fact that it is only applied and/or covered in sections, the upper shell can be electrically contacted with the lower shell under the action of the compressive force, despite the electrically insulating properties of the filling structure.
  • the filling structure is preferably designed in the form of a lattice, honeycomb, wave, mesh and/or net.
  • the filling structure is formed at least in layers and/or in sections from an electrically insulating plastic. Soft thermoplastics and/or elastomers are particularly suitable for this purpose.
  • the upper shell is preferably supported on the filling structure or vice versa.
  • the upper shell is also made of plastic in layers.
  • the upper shell is made of an electrically conductive plastic, at least in layers and/or sections.
  • the plastic of the upper shell can have an electrically conductive additive, such as graphite, metal particles or the like.
  • a suitable 3D printing process is used for the additive formation of the filling structure and the upper shell.
  • the filling structure is printed onto the lower shell using 3D printing and the upper shell is printed onto the filling structure using 3D printing.
  • a “reverse” printing process can also be provided for this.
  • an "oblique" printing process is possible in principle, in which the upper shell and the filling structure are formed additively at an angle to the thickness direction, in particular spaced apart from one another with the formation of a gap in the thickness direction.
  • Filament 3D printing methods which are generally known in particular under the names “fused deposition modeling” or “fused filament fabrication”, should be mentioned as suitable methods.
  • the said integral nature of the protective element is achieved by the additive formation of at least the filling structure and the upper shell. In addition to the particularly simple and flexible production already mentioned, this results in special safety-related advantages compared to a multi-part design of the protective element.
  • the control unit is connected to the at least one protective element and set up to emit at least one control signal depending on the electrical contact state of the at least one protective element.
  • control unit can be set up to control, in particular to switch off, a movement of the industrial robot depending on the electrical contact state.
  • the control unit can be wired or wirelessly connected to the at least one protective element.
  • the at least one protective element is preferably designed in the form of a plate and can have any basic shape.
  • 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 facilities, mobile handling devices, self-propelled industrial trucks or the like.
  • the lower shell is made of plastic in layers.
  • a further simplified and particularly flexible manufacture can be achieved. Due to the additive formation of the lower shell, its design can be adapted in a particularly simple manner to a surface contour of the respective outer wall section of the industrial robot.
  • the entire protective element is preferably manufactured in one piece using 3D printing.
  • the lower shell is elastically flexible.
  • full-area contact of the lower shell with the outer wall section of the industrial robot can be achieved.
  • This ensures functional power transmission in the event of a collision, so that the upper shell can be electrically contacted with the lower shell in a particularly reliable manner in the event of a collision.
  • the flexible design allows the industrial robot to run on to a certain extent, so that, for example, a slightly delayed shutdown in the event of a collision can be compensated for and a "hard" impact can be avoided.
  • at least the upper shell and the filling structure are made of the same type of plastic.
  • the plastics used have a largely matching, preferably identical, chemical composition and differ only in terms of their electrical conductivity.
  • a particularly high-strength material connection and/or adhesion between the filling structure and the upper shell can be achieved and unintentional detachment of the upper shell can be avoided.
  • the lower shell is preferably made of a plastic of the same type. In this way, an advantageous connection can be achieved between the lower shell and the filling structure.
  • At least the upper shell and the filling structure are each made of a thermoplastic elastomer, in particular based on urethane.
  • the abbreviation TPE is common for thermoplastic elastomers. Urethane-based TPE is commonly referred to by the abbreviation TPU.
  • the lower shell is preferably made of TPE, in particular TPU.
  • the plastic of the upper shell and/or the plastic of the filling structure has a Shore hardness of between 35 Shore A and 100 Shore A, preferably 85 Shore A.
  • Shore hardness of the respective plastic By choosing the Shore hardness of the respective plastic, the elastic resilience of the upper shell or the filling structure can be influenced. This in turn influences the compressive force required for electrical contacting.
  • the inventors have recognized that a Shore hardness between 35 Shore-A and 100 Shore-A offers advantages for the present application. A Shore hardness of 85 Shore-A is particularly advantageous.
  • the upper shell and/or the lower shell has an overall thickness of between 0.4 mm and 1.0 mm, preferably 0.6 mm.
  • the compressive force required for electrical contacting can be influenced by the selection of the overall thickness of the upper shell.
  • a total thickness of between 0.4 mm and 1.0 mm enables the upper shell to yield elastically even with comparatively low compressive forces. As a result, a collision can be detected particularly reliably.
  • With a corresponding overall thickness of the lower shell it can be adapted in a particularly advantageous manner to a surface contour of said outer wall section.
  • the inventors have recognized that a total thickness of 0.6 mm offers particular advantages.
  • the filling structure is designed as a gyroid structure which has a multiplicity of ridges extending in the shape of a wave, the ridges being under formation a multiplicity of recesses extending between the lower shell and the upper shell are arranged at a distance from one another.
  • gyroid structures are known in the field of mathematics.
  • the formation of the filling structure as a gyroid structure offers particular advantages in the present case.
  • the filling structure can be additively manufactured as a gyroid structure in a particularly material-saving manner.
  • the gyroid structure has direction-independent flexibility. In the event of a collision, the resulting compressive force can have different directions of action. Since the gyroid structure has direction-independent flexibility, the upper shell can be deformed largely independently of the effective direction of the compressive force and can therefore always be reliably electrically contacted with the lower shell.
  • the webs each have a web width of between 0.2 mm and 1.0 mm, preferably between 0.2 mm and 0.6 mm, particularly between 0.2 mm and 0.4 mm. If the web width is too thin, this can lead to insufficient stability of the filling structure. On the other hand, if the web width is dimensioned too thick, this can lead to the filling structure not being sufficiently elastically flexible.
  • the aforementioned value ranges for the land width have proven to be advantageous. The inventors have recognized that a web width of between 0.2 mm and 0.4 mm permits sufficient stability and, at the same time, sufficient elastic resilience.
  • the recesses each have a base area projected onto the lower shell of between 0.5 cm 2 and 2.0 cm 2 , preferably 1.0 cm 2 .
  • the recesses in the gyroid structure ensure that the upper shell can be electrically contacted with the lower shell in the event of a collision. Cutouts that are too small can result in the electrical contact not being able to be made, or at least not being able to be made reliably. Excessively large cut-outs can result in the upper shell not being adequately supported.
  • the range of values between 0.5 cm 2 and 2.0 cm 2 described above offers an advantageous compromise in this regard.
  • a base area of 1.0 cm 2 was recognized as optimum by the inventors.
  • the lower shell has an additively formed first contact element
  • the upper shell has an additively formed second contact element.
  • the contact elements are each provided for at least indirect electrically conductive connection to the control unit. Due to the additive formation of the respective contact element, a separate attachment of separate contact elements can be dispensed with. As a result, the fewest possible number of components, in particular a one-piece design, of the protective element can be retained. On the one hand, this increases production further simplified. On the other hand, as a result of the lowest possible number of components, in particular one-piece design, a lower risk of failure of the protective element and, associated with this, a high safety level of the protective device is achieved.
  • the contact elements are preferably each designed to form a plug-in connection with a complementary contact element. Accordingly, the contact elements can each be designed, for example, as a pin-shaped plug-in element or as a plug-in socket.
  • the upper shell has a through-opening through which the first contact element protrudes in the direction of thickness over an outer side of the upper shell, with the second contact element protruding from the outer side of the upper shell in the direction of thickness.
  • the outside of the faceplate can be either the bottom or the top of the faceplate. Preferably the outside is the top.
  • the lower shell has a through-opening through which the second contact element protrudes in the direction of thickness over an outer side of the lower shell, with the first contact element protruding from the outer side of the lower shell in the direction of thickness.
  • the contact is preferably made starting from an underside and to this extent starting from the outer wall section of the industrial robot.
  • the lower shell has at least one additively formed form-fitting element, which protrudes in the thickness direction from an underside of the lower shell and is provided for form-fitting connection with a complementarily formed form-fitting opening.
  • the positive-locking element can in particular be designed as a latching, plug-in or snap-in element.
  • the complementary form-fitting opening can be formed directly on the outer wall section of the industrial robot. Alternatively, the complementary positive-locking opening can be formed on an intermediate element which is firmly connected to the outer wall section and is arranged in the direction of thickness between the outer wall section and the at least one protective element. This embodiment of the invention enables the protective element to be applied without tools.
  • the at least one form-fitting element preferably interacts detachably with the complementary form-fitting opening, so that the protective element can be replaced easily and inexpensively if necessary.
  • the at least one protective element is plate-shaped and has a rectangular basic shape or a triangular basic shape. Due to the plate-shaped design, installation space can be saved and the silhouette of the industrial robot can be kept as slim as possible. If several protective elements are provided, the rectangular or triangular basic shape enables the most complete possible coverage of the outer wall areas of the industrial robot that are prone to collision.
  • a plurality of protective elements are provided and connected to one another in one piece, coherently and hinge-movably by means of hinge sections which are arranged on the edge and are formed additively. Accordingly, the several protective elements form a one-piece, mat-like structure.
  • the hinge sections enable relative mobility between the individual protective elements, so that the mat-shaped structure can be easily adapted to a surface contour of the outer wall section to be covered.
  • the hinge sections are also formed additively.
  • the hinge sections are preferably made of an electrically insulating plastic.
  • the hinge sections are each designed as a film hinge. In combination with this embodiment of the invention, a triangular basic shape of the protective elements has proven particularly advantageous.
  • the invention also relates to an industrial robot, in particular an articulated arm robot, with a protective device according to the preceding description.
  • the invention also relates to a protective element for a protective device according to the preceding description, having an electrically conductive lower shell and an electrically conductive upper shell which is arranged at a distance in the thickness direction and is designed to be elastically resilient and can be electrically contacted with the lower shell under the action of a compressive force.
  • the upper shell is connected in one piece to the lower shell by means of an electrically insulating and elastically flexible filling structure, with the upper shell being made of an electrically conductive plastic layer by layer and connected to the filling structure, and the filling structure being made of an electrically insulating plastic layer by layer Lower shell is connected.
  • FIG. 1 shows, in a highly simplified schematic representation, an embodiment of an industrial robot according to the invention, which is provided with an embodiment of a protective device according to the invention
  • FIG. 2 shows a schematic perspective view of an embodiment of a protective element according to the invention of the protective device according to FIG. 1,
  • FIG. 3 shows a sectioned longitudinal section of the protective element according to FIG. 2 with a filling structure being masked out in the drawing
  • FIGS. 2 and 3 shows an enlarged, perspective detail view of the protective element according to FIGS. 2 and 3 in the area of two contact elements
  • FIG. 5 shows a schematic top view of the protective element according to FIGS. 2 to 4, with an upper shell being masked out in the drawing and looking in the direction of the filling structure,
  • FIG. 8 shows a further embodiment of a protective element according to the invention in a schematic perspective view
  • FIG. 9 shows an arrangement formed from a plurality of protective elements which are connected to one another in one piece and can be hinged, in a schematic side view,
  • FIG. 10 shows a schematic perspective representation of the arrangement according to FIG. 11 shows a further embodiment of a protective element according to the invention with a triangular basic shape in a schematic plan view
  • FIG. 12 shows the protective element according to FIG. 12
  • FIG. 13 shows an arrangement formed from a plurality of protective elements according to FIG.
  • FIG. 14 shows another arrangement formed from a plurality of triangular protective elements.
  • an industrial robot 1 in the form of an articulated-arm robot is provided for the automated execution of manufacturing and/or handling steps in an industrial manufacturing process that are not described in any more detail.
  • the industrial robot 1 is shown in a highly simplified schematic and has such a fundamentally known structure with a plurality of articulated arms 2 , 3 , 4 that can be articulated relative to one another and a manipulator 5 arranged at the end of the articulated arm 4 .
  • the manipulator 5 can be displaced within a working space A by means of a relative displacement of the articulated arms 2, 3, 4 in an articulated manner. Since the basic structure and the mode of operation of the industrial robot 1 are known as such, further explanations in this regard can be dispensed with.
  • the industrial robot 1 is intended to work together with a person P located in the work area A and to this extent can also be referred to as a collaborating industrial robot.
  • the person P is not shielded from the industrial robot 1 by physical shielding, such as fences, barriers or the like. In the absence of such a shield, there is always a risk of collision between the person P and the industrial robot 1, for example if the person P makes an uncoordinated intervention in the work area A or if the articulated arms 2, 3, 4 move incorrectly. In the event of such a collision, the person P Get damaged.
  • the industrial robot 1 has a protective device 6 .
  • the protective device 6 has a plurality of protective elements 7 and a control unit 8 .
  • the protective elements 7 and the control unit 8 are illustrated in Fig.
  • the multiple protective elements 7 are identical in terms of their design and mode of operation, so that to avoid repetition, only one of the protective elements 7 will be discussed below, in particular with reference to FIGS.
  • the protective element 7 (FIG. 2) is intended to be applied to any section of the outer wall of the industrial robot 1, for example in the area of the articulated arms 2, 3, 4. Irrespective of this, the protective element 7 can also be used in addition to the use shown in FIG. 1 for an industrial robot, for example for other industrial handling devices, autonomous industrial trucks or the like.
  • the protective element 7 has an electrically conductive lower shell 9 and an upper shell 10 arranged at a distance in the thickness direction D.
  • the upper shell 10 is also electrically conductive.
  • the upper shell 10 is elastically flexible and can thus be electrically contacted with the lower shell 9 under the action of a compressive force, such as can occur, for example, when the articulated arm 3 collides with the person P.
  • the upper shell 10 is connected in one piece to the lower shell 9 by means of a filling structure 11, which can be seen in detail with reference to FIG. 5 and is hidden in the drawing in FIG.
  • the filling structure 11 is also elastically flexible and, in contrast to the lower shell 9 and the upper shell 10, is electrically insulating.
  • the filling structure 11 is applied to the lower shell 9 additively from an electrically insulating plastic K1.
  • the upper shell 10 is formed additively from an electrically conductive plastic K2 and applied to the filling structure 11 .
  • the filling structure 11 and the upper shell 10 are formed using a 3D printing process suitable for this purpose. Filament 3D printing methods, which are also commonly known by the abbreviations FDM (Fused Deposition Modeling) and FFF (Fused Filament Fabrication), should be mentioned as suitable methods.
  • FDM Freused Deposition Modeling
  • FFF Feused Filament Fabrication
  • all printable and electrically insulating plastic materials are suitable as the material for the filling structure 11 .
  • all printable and electrically conductive plastic materials are suitable as the material for the upper shell 10 .
  • the plastics K1, K2 used in the embodiment shown are of the same type in the broadest sense. "Similar" with regard to the embodiment shown means that the plastics K1, K2 have an identical basic chemical structure, the plastic K2, in contrast to the plastic K1, having an additive with electrical conductivity. As a result, particularly good adhesion and/or a particularly good material bond is achieved.
  • the primary additive is graphite. Metal particles or the like are also conceivable.
  • the plastic K1 of the filling structure 11 is a urethane-based thermoplastic elastomer, which is also known by the abbreviation TPU.
  • the plastic K2 of the upper shell 10 is an electrically conductive thermoplastic elastomer based on urethane TPU'. Said plastic materials have proven to be advantageous with regard to their elastic properties on the one hand and their printability on the other.
  • the lower shell 9 is also formed in layers from a plastic K3 and is also elastically flexible. Such an embodiment of the lower shell 9 is advantageous, but not absolutely necessary.
  • the lower shell can be designed to be dimensionally stable. Further alternatively or additionally, the lower shell can be formed from sheet material or a foam material.
  • the plastic K3 of the lower shell is also an electrically conductive thermoplastic elastomer based on urethane TPU'.
  • the filling structure 11 (FIG. 5) is designed as a gyroid structure G in the embodiment shown.
  • gyroid structures are known as such in the field of mathematics.
  • a gyroid structure or gyroid can be defined as an infinitely connected, triply periodic minimal surface.
  • the gyroid structure G has a multiplicity of webs 12 extending in a wave-like manner.
  • the webs 12 are arranged at a distance from one another, forming a multiplicity of recesses 13 extending between the lower shell 9 and the upper shell 10 (FIG. 5).
  • the filling structure has a lattice, net, mesh and/or honeycomb shape.
  • the filling structure 11 is elastically resiliently deformable together with the upper shell 10 under the action of a compressive force caused by a collision.
  • the electrical contact between the upper shell 10 and the lower shell 9 is at least possible in the area of the recesses 13 of the gyroid structure G.
  • the gyroid structure G takes up approximately 5% of a volume formed between the upper shell 10 and the lower shell 9.
  • FIG. 6 different degrees of filling are possible.
  • the filling structure 11' has a filling level of 8%.
  • the recesses 13 In order to enable functional electrical contacting between the upper shell 10 and the lower shell 9 in the event of a collision, the recesses 13 should be neither too small nor too large. This is independent of the degree of filling selected. For the application shown here in the area of the industrial robot 1, it has proven to be advantageous if a base area F of the recesses 13 projected onto the lower shell 9 is between 0.5 cm 2 and 2.0 cm 2 . In the embodiment shown in FIG. 5, the base area F is approximately 1.0 cm 2 in each case. On the one hand, this can ensure that the upper shell is adequately supported on the filling structure 11 . On the other hand, a sufficiently spatially resolved collision detection is guaranteed.
  • the periodically elongated or wavy webs 12 of the gyroid structure G presently have a web width B between 0.2 mm and 1.0 mm.
  • a web width of approximately 0.6 mm has proven particularly advantageous.
  • the protective element 7 has a first contact element 14 and a second contact element 15 for the electrically conductive connection to the control unit 8 .
  • the contact elements 14, 15 are each additively formed and in this respect are part of the lower shell 9 or the upper shell 10 “.
  • the second contact element 15 protrudes in the direction of thickness D from an outer side 101 of the upper shell 10 .
  • the first contact element protrudes in the direction of thickness from an inner side 92 of the lower shell 9 and extends longitudinally through a through-opening 103 in the upper shell 10 .
  • the first contact element 15 protrudes in the thickness direction D over the outside 101 of the upper shell 10.
  • Such an arrangement of the contact elements 14, 15 is advantageous, but not essential.
  • the contact elements can protrude on different sides of the protective element or both can be oriented in the direction of an outer side 91 of the lower shell 9 .
  • the present arrangement of the contact elements 14, 15 in The direction of the outside 101 of the upper shell 10 is particularly advantageous with regard to easy manual accessibility.
  • control unit 8 is set up for the emergency shutdown of the industrial robot 1 depending on the electrical contact state between the upper shell 10 and the lower shell 9 of the protective elements 7 or the protective elements.
  • the protective element 7 acts as a type of switch in an electric circuit set up to switch off the industrial robot 1 in an emergency.
  • the upper shell 10 in the embodiment shown has an insulating section 104 in the area of the through-opening 103 .
  • the insulating section 104 encloses the first contact element 14 in the circumferential direction in the form of a ring and is made of an electrically insulating plastic, in this case TPU.
  • TPU electrically insulating plastic
  • the protective element 7 has a plate-like shape with a rectangular basic shape.
  • the lower shell 9 and the upper shell 10 extend flatly parallel to one another. Both the lower shell 9 and the upper shell 10 have thin walls compared to the other dimensions of the protective element.
  • a total thickness T1 of the lower shell 9 is 0.5 mm in the present case. In principle, it is advantageous if the total thickness T1 is between 0.4 mm and 1.0 mm. The same applies to an overall thickness T2 of the upper shell 10. In the embodiment shown, this is also 0.5 mm.
  • a total thickness T3 of the filling structure 11 is three to four times the total thickness T1.
  • both the lower shell 9 and the upper shell 10 are flat.
  • the outside 101 of the upper shell 10 is oriented parallel to an inside 102 . Accordingly, an outside 91 of the lower shell 9 is oriented parallel to the inside 92 .
  • the protective element 7 is closed at the edge in the circumferential direction.
  • an edge section 16 running around in the circumferential direction is provided and formed between the lower shell 9 and the upper shell 10 .
  • the edge section 16 is formed from an electrically insulating plastic and is also produced additively. Accordingly, the edge portion 16 during the printing process remaining sections of the protective element 7, so to speak, “also printed”.
  • the edge section is oriented transversely to the thickness direction D. In the present case, the edge section 16 extends longitudinally at an angle of approximately 45° obliquely to the direction of thickness D. This oblique orientation supports a functional contact between the upper shell 10 and the lower shell 9 in the event of a collision.
  • the entire lower shell 9 and the entire upper shell 10 do not necessarily have to be designed to be electrically conductive. Instead, it is sufficient if the lower shell 9 is designed to be electrically conductive at least in the region of its inside 92 and the upper shell 10 at least in the region of its inside 102 . Due to the layered additive manufacturing of both the lower shell 9 and the upper shell 10, this can easily be implemented on the production side.
  • internal layers in the area of the inner sides 92, 102 can be made of an electrically conductive plastic.
  • layers lying in the direction of the respective outside 91, 101 can be formed from an electrically non-conductive plastic.
  • FIG. 7a A further embodiment of a protective element 7a according to the invention is shown with reference to FIG.
  • the protective element 7a has a design and mode of operation which is essentially identical to the protective element 7 according to FIGS. 2 to 5. In order to avoid repetition, only essential differences between the protective element 7a and the protective element 7 will be discussed. Otherwise, what has been disclosed for the protective element 7 also applies analogously to the protective element 7a.
  • the protective element 7a has two additively formed positive-locking elements 17a.
  • the positive-locking elements 17 are formed in the area of the lower shell 9 and protrude from an outer side 91 of the lower shell 9 in the thickness direction.
  • the form-fitting elements 17 are each provided for form-fitting connection with a complementary form-fitting opening.
  • Said positive-locking openings can, for example, be formed directly on the articulated arms 2, 3, 4 of the industrial robot 1 or can be provided on a component that is firmly connected to the articulated arms 2, 3, 4.
  • the protective element 7a can be assembled, disassembled and, if necessary, replaced in a particularly simple manner.
  • the form-fitting elements 17a are spaced apart from one another in the main extension direction of the protective element 7a and aligned symmetrically with respect to imaginary central longitudinal and central transverse planes of the protective element 7a.
  • the form-fitting elements 17a each have a mushroom-head shape.
  • the contact elements 14a, 15a in the protective element 7a protrude in the direction of the outer side 91a of the lower shell.
  • an orientation as shown in FIG. 4 can also be provided.
  • an arrangement 70 formed from a plurality of protective elements 7 is shown.
  • the arrangement 70 has exactly two protective elements 7, but this is not mandatory.
  • the arrangement 70 can have significantly more than two, for example four, six, eight, ten or a corresponding multiple of protective elements.
  • the protective elements 7 of the arrangement 70 are connected to one another in one piece by means of a hinge section 71 which is arranged at the edge and formed additively and can be hinged relative to one another.
  • the hinge section 71 is made of an electrically insulating plastic, for example TPU.
  • the protective elements 7 are connected to one another firmly and in one piece by means of the hinge section 70 and at the same time can be pivoted relative to one another about an imaginary pivot axis S formed by the hinge section 71 (FIG. 10).
  • the arrangement 70 can be easily adapted to an outer contour to be covered by the protective elements 7, for example the outer contour of the articulated arms 2, 3, 4.
  • the largest possible area of coverage can be achieved in a simple manner.
  • FIG. 11 and 12 show a further embodiment of a protective element 7b according to the invention.
  • the protective element 7b has a design and function that is identical to the protective element 7, so that explanations in this regard are unnecessary.
  • a filling structure 11b is in turn arranged between the lower shell 9b and the upper shell 10b. This is designed as a gyroid structure G in accordance with the protective element 7 .
  • the basic triangular shape is designed with isosceles, so that a corner angle of 60° is included between the side edges of the protective element 7b.
  • FIG. 13 shows an arrangement 70b formed from a multiplicity of protective elements 7b.
  • the protective elements 7b of the arrangement 70b are connected to one another in one piece, coherently and in a hinge-movable manner by means of hinge sections 71b which are arranged on the edge and are formed additively. Otherwise, what was said about the arrangement 70 also applies to the arrangement 70b.
  • FIG. 14 shows a further arrangement 70b', which is formed from a plurality of protective elements 7b arranged in a ring.
  • the arrangement 70b′ makes it clear that the one-piece, coherent and hinge-movable design enables surface contours of almost any shape to be covered simply and as completely as possible.

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Abstract

1. The invention relates to a protection device for an industrial robot 2.1 A protection device of this kind is known having at least one protection element, which is intended for mounting on an outer wall portion of the industrial robot, and with a control unit, which is connected to the at least one protection element and is designed to control the industrial robot depending on a state of electrical contact of the protection element, the at least one protection element having an electrically conductive lower shell and an electrically conductive upper shell, which is arranged at a distance in the thickness direction, yields elastically and is electrically contactable with the lower shell under the action of a compressive force. 2.2 In accordance with the invention, the upper shell is connected continuously to the lower shell by means of an electrically insulating and elastically resilient filler structure, the upper shell being formed in layers from an electrically conductive plastics material and connected to the filler structure, and the filler structure being formed in layers additively from an electrically insulating plastics material and connected to the lower shell. 2.3 The invention also relates to the use of the protection device in an industrial robot.

Description

Schutzvorrichtung für einen Industrieroboter Protective device for an industrial robot
Die Erfindung betrifft eine Schutzvorrichtung für einen Industrieroboter, mit wenigstens einem Schutzelement, das zum Aufbringen auf einen Außenwandabschnitt des Industrieroboters vorgesehen ist, und mit einer Steuereinheit, die mit dem wenigstens einen Schutzelement verbunden und zum Steuern des Industrieroboters in Abhängigkeit eines elektrischen Kontaktzustands des Schutzelements eingerichtet ist, wobei das wenigstens eine Schutzelement eine elektrisch leitfähige Unterschale und eine in Dickenrichtung beabstandet angeordnete und elektrisch leitfähige Oberschale aufweist, die elastisch nachgiebig und unter Einwirkung einer Druckkraft mit der Unterschale elektrisch kontaktierbar ist. The invention relates to a protective device for an industrial robot, with at least one protective element that is intended to be applied to an outer wall section of the industrial robot, and with a control unit that is connected to the at least one protective element and is set up to control the industrial robot depending on an electrical contact state of the protective element wherein the at least one protective element has an electrically conductive lower shell and an electrically conductive upper shell which is arranged at a distance in the thickness direction and which is elastically flexible and can be electrically contacted with the lower shell under the action of a compressive force.
Eine derartige Schutzvorrichtung ist aus der DE 10 2017 218 229 A1 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. Dabei wird üblicherweise auf physische Abschirmungen, wie beispielsweise Zäune, Absperrgitter oder dergleichen, zwischen der Person und dem Roboter verzichtet. Mangels einer solchen Abschirmung kann es grundsätzlich zu einer Kollision zwischen dem Roboter und der Person kommen, beispielsweise wenn diese unkoordiniert in einen Verschwenkbereich des Roboters eingreift. Um Personenschäden zu vermeiden und eine ausreichende Arbeitssicherheit zu gewährleisten, sind Schutzvorrichtungen erforderlich, die eine solche Kollision detektieren, um beispielsweise eine Notabschaltung des Roboters zu ermöglichen. Die bekannte Schutzvorrichtung weist wenigstens ein Schutzelement auf, das zum Aufbringen auf einen Außenwandabschnitt des Industrieroboters vorgesehen ist. Zudem ist eine Steuereinheit vorgesehen, die mit dem Schutzelement verbunden und zum Steuern des Industrieroboters in Abhängigkeit eines elektrischen Kontaktzustands des Schutzelements eingerichtet ist. Das bekannte Schutzelement weist eine Unterschale und eine Oberschale auf. Sowohl die Oberschale als auch die Unterschale sind elektrisch leitfähig. Die Oberschale gibt bei einer Kollision elastisch nach und ist auf diese Weise mit der Unterschale elektrisch kontaktierbar. Bei der bekannten Schutzvorrichtung ist das Schutzelement mittels Thermoformens gefertigt. Such a protective device is known from DE 10 2017 218 229 A1 and is provided as safety equipment for a collaborative industrial robot. Collaborative industrial robots are robots used in the industrial sector that work together with a person in a shared work area. Physical shields, such as fences, barriers or the like, between the person and the robot are usually dispensed with. In the absence of such a shield, a collision can generally occur between the robot and the person, for example if the person reaches into a pivoting area of the robot in an uncoordinated manner. In order to avoid personal injury and to ensure adequate work safety, protective devices are required that detect such a collision, for example to enable an emergency shutdown of the robot. The known protective device has at least one protective element which is provided for application to an outer wall section of the industrial robot. In addition, a control unit is provided, which is connected to the protective element and set up to control the industrial robot depending on an electrical contact state of the protective element. The well-known protective element has a lower shell and an upper shell. Both the upper shell and the lower shell are electrically conductive. The upper shell yields elastically in the event of a collision and can thus be electrically contacted with the lower shell. In the case of the known protective device, the protective element is manufactured by means of thermoforming.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Schutzvorrichtung der eingangs genannten Art bereitzustellen, die einen gegenüber dem Stand der Technik vereinfachten Aufbau aufweist und eine vereinfachte sowie besonders flexible Herstellung ermöglicht. Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass die Oberschale mittels einer elektrisch isolierenden und elastisch nachgiebigen Füllstruktur einstückig zusammenhängend mit der Unterschale verbunden ist, wobei die Oberschale schichtweise additiv aus einem elektrisch leitfähigen Kunststoff ausgebildet mit der Füllstruktur verbunden ist, und wobei die Füllstruktur schichtweise additiv aus einem elektrisch isolierenden Kunststoff ausgebildet mit der Unterschale verbunden ist. Durch die einstückige Ausbildung des Schutzelements wird ein besonders einfacher Aufbau erreicht. Gleichzeitig ermöglicht die additive Ausbildung wenigstens der Oberschale und der Füllstruktur eine besonders einfache und flexible Herstellung. Zudem erlaubt die erfindungsgemäße Lösung eine einfache konstruktive Spezifikation der zur elektrischen Kontaktierung erforderlichen Druckkraft. Die Unterschale kann formstabil ausgebildet sein. Vorzugsweise ist die Unterschale elastisch nachgiebig. Die Unterschale ist vorzugsweise aus einem elektrisch leitfähigen Kunststoff gefertigt. Eine schichtweise additive Fertigung der Unterschale bietet besondere Vorteile, ist aber nicht unbedingt erforderlich. Alternativ zu einer solchen additiven Fertigung kann die Unterschale aus einer Plattenware oder aus einem Schaumstoff gefertigt sein. Die Füllstruktur ist in Dickenrichtung zwischen der Unterschale und der Oberschale angeordnet und schichtweise additiv ausgebildet. Die Füllstruktur ist vorzugsweise auf der Unterschale abgestützt oder umgekehrt. Die Füllstruktur ist unter Einwirkung der besagten Druckkraft, d.h. im Fall einer Kollision, gemeinsam mit der Oberschale elastisch nachgiebig. Vorzugsweise überdeckt die Füllstruktur lediglich abschnittsweise eine Innenseite der Unterschale und/oder eine Innenseite der Oberschale. Demnach bildet die Füllstruktur nicht etwa eine geschlossene Isolationsschicht zwischen der Unter- und der Oberschale aus. Durch die lediglich abschnittsweise Aufbringung und/oder Überdeckung ist die Oberschale unter Einwirkung der Druckkraft trotz der elektrisch isolierenden Eigenschaften der Füllstruktur elektrisch mit der Unterschale kontaktierbar. Die Füllstruktur ist vorzugsweise gitter-, waben-, wellen-, maschen- und/oder netzartig gestaltet. Die Füllstruktur ist wenigstens schicht- und/oder abschnittsweise aus einem elektrisch isolierenden Kunststoff ausgebildet. Hierfür geeignet sind insbesondere weiche Thermoplaste und/oder Elastomere. Die Oberschale ist vorzugsweise auf der Füllstruktur abgestützt oder umgekehrt. Die Oberschale ist ebenfalls schichtweise additiv aus Kunststoff ausgebildet. Im Unterschied zu der Füllstruktur ist die Oberschale wenigstens schicht- und/oder abschnittsweise aus einem elektrisch leitfähigen Kunststoff ausgebildet. Hierfür kann der Kunststoff der Oberschale einen elektrisch leitfähigen Zuschlagsstoff aufweisen, wie beispielsweise Graphit, Metallpartikel oder dergleichen. Zur additiven Ausbildung der Füllstruktur und der Oberschale kommt ein hierfür geeignetes 3D-Druckverfahren zum Einsatz. Anders ausgedrückt ist die Füllstruktur mittels 3D- Druck auf die Unterschale aufgedruckt und die Oberschale ist mittels 3D-Druck auf die Füllstruktur aufgedruckt. Selbstverständlich kann auch ein hierzu „umgekehrter“ Druckvorgang vorgesehen sein. Zudem ist grundsätzlich ein „schräger“ Druckvorgang möglich, bei welchem die Oberschale und die Füllstruktur schräg zur Dickenrichtung, insbesondere unter Ausbildung eines Spalts in Dickenrichtung voneinander beabstandet, additiv ausgebildet werden. Als geeignete Verfahren sind insbesondere Filament-3D-Druckverfahren zu nennen, die insbesondere unter den Bezeichnungen „Fused Deposition Modeling“ oder „Fused Filament Fabrication“ grundsätzlich bekannt sind. Durch die additive Ausbildung wenigstens der Füllstruktur und der Oberschale wird die besagte Einstückigkeit des Schutzelements erreicht. Neben der bereits erwähnten besonders einfachen und flexiblen Herstellung ergeben sich hierdurch besondere sicherheitstechnische Vorteile gegenüber einer mehrteiligen Ausbildung des Schutzelements. Die Steuereinheit ist mit dem wenigstens einen Schutzelement verbunden und zur Abgabe wenigstens eines Steuersignals in Abhängigkeit des elektrischen Kontaktzustands des wenigstens einen Schutzelements eingerichtet. Beispielsweise kann die Steuereinheit zum Steuern, insbesondere Abschalten, einer Bewegung des Industrieroboters in Abhängigkeit des elektrischen Kontaktzustands eingerichtet sein. Die Steuereinheit kann drahtgebunden oder drahtlos mit dem wenigstens einen Schutzelement verbunden sein. Das wenigstens eine Schutzelement ist vorzugsweise plattenförmig ausgebildet und kann eine beliebige Grundform aufweisen. The object of the invention is to provide a protective device of the type mentioned at the outset, which has a simplified structure compared to the prior art and enables simplified and particularly flexible manufacture. This object is achieved in that the upper shell is connected in one piece to the lower shell by means of an electrically insulating and elastically flexible filling structure, the upper shell being formed in layers from an electrically conductive plastic and connected to the filling structure, and the filling structure being made in layers from a electrically insulating plastic is connected to the lower shell. A particularly simple construction is achieved by the one-piece design of the protective element. At the same time, the additive formation of at least the upper shell and the filling structure enables particularly simple and flexible manufacture. In addition, the solution according to the invention allows a simple structural specification of the compressive force required for electrical contacting. The lower shell can be dimensionally stable. The lower shell is preferably elastically flexible. The lower shell is preferably made of an electrically conductive plastic. A layer-by-layer additive manufacturing of the lower shell offers particular advantages, but is not absolutely necessary. As an alternative to such additive manufacturing, the lower shell can be made of sheet material or foam. The filling structure is arranged between the lower shell and the upper shell in the direction of thickness and is formed additively in layers. The filling structure is preferably supported on the lower shell or vice versa. The filling structure is elastically flexible together with the upper shell under the action of said compressive force, ie in the event of a collision. The filling structure preferably covers an inner side of the lower shell and/or an inner side of the upper shell only in sections. Accordingly, the filling structure does not form a closed insulating layer between the lower and the upper shell. Due to the fact that it is only applied and/or covered in sections, the upper shell can be electrically contacted with the lower shell under the action of the compressive force, despite the electrically insulating properties of the filling structure. The filling structure is preferably designed in the form of a lattice, honeycomb, wave, mesh and/or net. The filling structure is formed at least in layers and/or in sections from an electrically insulating plastic. Soft thermoplastics and/or elastomers are particularly suitable for this purpose. The upper shell is preferably supported on the filling structure or vice versa. The upper shell is also made of plastic in layers. In contrast to the filling structure, the upper shell is made of an electrically conductive plastic, at least in layers and/or sections. For this purpose, the plastic of the upper shell can have an electrically conductive additive, such as graphite, metal particles or the like. A suitable 3D printing process is used for the additive formation of the filling structure and the upper shell. In other words, the filling structure is printed onto the lower shell using 3D printing and the upper shell is printed onto the filling structure using 3D printing. Of course, a “reverse” printing process can also be provided for this. In addition, an "oblique" printing process is possible in principle, in which the upper shell and the filling structure are formed additively at an angle to the thickness direction, in particular spaced apart from one another with the formation of a gap in the thickness direction. Filament 3D printing methods, which are generally known in particular under the names “fused deposition modeling” or “fused filament fabrication”, should be mentioned as suitable methods. The said integral nature of the protective element is achieved by the additive formation of at least the filling structure and the upper shell. In addition to the particularly simple and flexible production already mentioned, this results in special safety-related advantages compared to a multi-part design of the protective element. The control unit is connected to the at least one protective element and set up to emit at least one control signal depending on the electrical contact state of the at least one protective element. For example, the control unit can be set up to control, in particular to switch off, a movement of the industrial robot depending on the electrical contact state. The control unit can be wired or wirelessly connected to the at least one protective element. The at least one protective element is preferably designed in the form of a plate and can have any basic shape.
Die erfindungsgemäße Lösung eignet sich in besonders bevorzugter Weise für einen Industrieroboter in Gestalt eines Gelenkarmroboters. Die erfindungsgemäße Lösung kann aber auch für sonstige ortsfeste Einrichtungen, bewegliche Handhabungsgeräte, selbstfahrende Flurförderfahrzeuge oder dergleichen verwendet werden. The solution according to the invention is particularly suitable for an industrial robot in the form of an articulated arm robot. However, the solution according to the invention can also be used for other stationary facilities, mobile handling devices, self-propelled industrial trucks or the like.
In Ausgestaltung der Erfindung ist die Unterschale schichtweise additiv aus Kunststoff ausgebildet. Hierdurch kann eine weiter vereinfachte und besonders flexible Herstellung erreicht werden. Durch die additive Ausbildung der Unterschale kann deren Gestaltung auf besonders einfache Weise an eine Oberflächenkontur des jeweiligen Außenwandabschnitts des Industrieroboters angepasst werden. Bei dieser Ausgestaltung der Erfindung ist vorzugsweise das gesamte Schutzelement einstückig mittels 3D-Druck gefertigt. In an embodiment of the invention, the lower shell is made of plastic in layers. As a result, a further simplified and particularly flexible manufacture can be achieved. Due to the additive formation of the lower shell, its design can be adapted in a particularly simple manner to a surface contour of the respective outer wall section of the industrial robot. In this embodiment of the invention, the entire protective element is preferably manufactured in one piece using 3D printing.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist die Unterschale elastisch nachgiebig. Hierdurch kann ein vollflächiger Kontakt der Unterschale mit dem Außenwandabschnitt des Industrieroboters erreicht werden. Dies gewährleistet eine funktionsgerechte Kraftübertragung im Falle einer Kollision, so dass die Oberschale im Kollisionsfall besonders zuverlässig mit der Unterschale elektrisch kontaktierbar ist. Zudem ermöglicht die nachgiebige Gestaltung ein gewisses Nachlaufen des Industrieroboters, so dass bspw. eine geringfügig zeitverzögerte Abschaltung im Kollisionsfall ausgeglichen und ein „harter“ Aufprall vermieden werden können. ln weiterer Ausgestaltung der Erfindung sind wenigstens die Oberschale und die Füllstruktur aus gleichartigen Kunststoffen ausgebildet. Gleichartig meint, dass die verwendeten Kunststoffe eine weitgehend übereinstimmende, vorzugsweise identische, chemische Zusammensetzung aufweisen und sich lediglich im Hinblick auf ihre elektrische Leitfähigkeit unterscheiden. Hierdurch kann eine besonders hoch beanspruchbare stoffschlüssige Verbindung und/oder Haftung zwischen der Füllstruktur und der Oberschale erreicht und ein unbeabsichtigtes Ablösen der Oberschale vermieden werden. Vorzugsweise ist zusätzlich die Unterschale aus einem gleichartigen Kunststoff ausgebildet. Hierdurch kann eine vorteilhafte Verbindung zwischen der Unterschale und der Füllstruktur erreicht werden. In a further embodiment of the invention, the lower shell is elastically flexible. As a result, full-area contact of the lower shell with the outer wall section of the industrial robot can be achieved. This ensures functional power transmission in the event of a collision, so that the upper shell can be electrically contacted with the lower shell in a particularly reliable manner in the event of a collision. In addition, the flexible design allows the industrial robot to run on to a certain extent, so that, for example, a slightly delayed shutdown in the event of a collision can be compensated for and a "hard" impact can be avoided. In a further embodiment of the invention, at least the upper shell and the filling structure are made of the same type of plastic. Equal means that the plastics used have a largely matching, preferably identical, chemical composition and differ only in terms of their electrical conductivity. As a result, a particularly high-strength material connection and/or adhesion between the filling structure and the upper shell can be achieved and unintentional detachment of the upper shell can be avoided. In addition, the lower shell is preferably made of a plastic of the same type. In this way, an advantageous connection can be achieved between the lower shell and the filling structure.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung sind wenigstens die Oberschale und die Füllstruktur jeweils aus einem thermoplastischen Elastomer, insbesondere auf Urethanbasis, ausgebildet. Die Erfinder haben erkannt, dass diese Werkstoffwahl besondere Vorteile bietet. Für thermoplastische Elastomere ist die Abkürzung TPE geläufig. TPE auf Urethanbasis wird üblicherweise mit der Abkürzung TPU bezeichnet. Vorzugsweise ist zusätzlich die Unterschale aus TPE, insbesondere TPU, ausgebildet. In a further embodiment of the invention, at least the upper shell and the filling structure are each made of a thermoplastic elastomer, in particular based on urethane. The inventors have recognized that this choice of material offers particular advantages. The abbreviation TPE is common for thermoplastic elastomers. Urethane-based TPE is commonly referred to by the abbreviation TPU. In addition, the lower shell is preferably made of TPE, in particular TPU.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung weist der Kunststoff der Oberschale und/oder der Kunststoff der Füllstruktur eine Shorehärte zwischen 35 Shore-A und 100 Shore-A, bevorzugt 85 Shore-A, auf. Durch die Wahl der Shorehärte des jeweiligen Kunststoffs kann die elastische Nachgiebigkeit der Oberschale bzw. der Füllstruktur beeinflusst werden. Dies beeinflusst wiederum die zur elektrischen Kontaktierung erforderliche Druckkraft. Die Erfinder haben erkannt, dass eine Shorehärte zwischen 35 Shore-A und 100 Shore-A für den vorliegenden Anwendungsfall Vorteile bietet. Besonders vorteilhaft ist eine Shorehärte von 85 Shore-A. In a further embodiment of the invention, the plastic of the upper shell and/or the plastic of the filling structure has a Shore hardness of between 35 Shore A and 100 Shore A, preferably 85 Shore A. By choosing the Shore hardness of the respective plastic, the elastic resilience of the upper shell or the filling structure can be influenced. This in turn influences the compressive force required for electrical contacting. The inventors have recognized that a Shore hardness between 35 Shore-A and 100 Shore-A offers advantages for the present application. A Shore hardness of 85 Shore-A is particularly advantageous.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung weist die Oberschale und/oder die Unterschale eine Gesamtdicke zwischen 0,4 mm und 1 ,0 mm, bevorzugt von 0,6 mm, auf. Durch die Wahl der Gesamtdicke der Oberschale kann die zur elektrischen Kontaktierung erforderliche Druckkraft beeinflusst werden. Eine Gesamtdicke zwischen 0,4 mm und 1 ,0 mm ermöglicht eine elastische Nachgiebigkeit der Oberschale bei bereits vergleichsweise geringen Druckkräften. Hierdurch kann eine Kollision besonders zuverlässig detektiert werden. Bei einer entsprechenden Gesamtdicke der Unterschale kann diese auf besonders vorteilhafte Weise an eine Oberflächenkontur des besagten Außenwandabschnitts angepasst werden. Die Erfinder haben erkannt, dass eine Gesamtdicke von 0,6 mm besondere Vorteile bietet. In a further embodiment of the invention, the upper shell and/or the lower shell has an overall thickness of between 0.4 mm and 1.0 mm, preferably 0.6 mm. The compressive force required for electrical contacting can be influenced by the selection of the overall thickness of the upper shell. A total thickness of between 0.4 mm and 1.0 mm enables the upper shell to yield elastically even with comparatively low compressive forces. As a result, a collision can be detected particularly reliably. With a corresponding overall thickness of the lower shell, it can be adapted in a particularly advantageous manner to a surface contour of said outer wall section. The inventors have recognized that a total thickness of 0.6 mm offers particular advantages.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist die Füllstruktur als Gyroidstruktur ausgebildet, die eine Vielzahl von wellenförmig erstreckten Stegen aufweist, wobei die Stege unter Ausbildung einer Vielzahl von zwischen der Unterschale und der Oberschale erstreckten Aussparungen voneinander beabstandet angeordnet sind. Gyroidstrukturen sind jedenfalls im Bereich der Mathematik bekannt. Dabei bietet die Ausbildung der Füllstruktur als Gyroidstruktur vorliegend besondere Vorteile. Insbesondere kann die Füllstruktur als Gyroidstruktur besonders materialsparend additiv gefertigt werden. Zudem weist die Gyroidstruktur eine richtungsunabhängige Nachgiebigkeit auf. Im Falle einer Kollision kann die hierbei auftretende Druckkraft unterschiedliche Wirkrichtungen aufweisen. Da die Gyroidstruktur eine richtungsunabhängige Nachgiebigkeit aufweist, kann die Oberschale weitestgehend unabhängig von der Wirkrichtung der Druckkraft deformiert und somit stets zuverlässig mit der Unterschale elektrisch kontaktiert werden. In a further refinement of the invention, the filling structure is designed as a gyroid structure which has a multiplicity of ridges extending in the shape of a wave, the ridges being under formation a multiplicity of recesses extending between the lower shell and the upper shell are arranged at a distance from one another. In any case, gyroid structures are known in the field of mathematics. In this case, the formation of the filling structure as a gyroid structure offers particular advantages in the present case. In particular, the filling structure can be additively manufactured as a gyroid structure in a particularly material-saving manner. In addition, the gyroid structure has direction-independent flexibility. In the event of a collision, the resulting compressive force can have different directions of action. Since the gyroid structure has direction-independent flexibility, the upper shell can be deformed largely independently of the effective direction of the compressive force and can therefore always be reliably electrically contacted with the lower shell.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung weisen die Stege jeweils eine Stegbreite zwischen 0,2 mm und 1,0 mm, bevorzugt zwischen 0,2 mm und 0,6 mm, besonders zwischen 0,2 mm und 0,4 mm, auf. Eine zu dünne Bemessung der Stegbreite kann zu einer nicht ausreichenden Stabilität der Füllstruktur führen. Dementgegen kann eine zu dicke Bemessung der Stegbreite dazu führen, dass die Füllstruktur nicht ausreichend elastisch nachgiebig ist. Die vorgenannten Wertebereiche für die Stegbreite haben sich als vorteilhaft erwiesen. Die Erfinder haben erkannt, dass eine Stegbreite zwischen 0,2 mm und 0,4 mm eine hinreichende Stabilität und gleichzeitig eine ausreichende elastische Nachgiebigkeit gestattet. In a further embodiment of the invention, the webs each have a web width of between 0.2 mm and 1.0 mm, preferably between 0.2 mm and 0.6 mm, particularly between 0.2 mm and 0.4 mm. If the web width is too thin, this can lead to insufficient stability of the filling structure. On the other hand, if the web width is dimensioned too thick, this can lead to the filling structure not being sufficiently elastically flexible. The aforementioned value ranges for the land width have proven to be advantageous. The inventors have recognized that a web width of between 0.2 mm and 0.4 mm permits sufficient stability and, at the same time, sufficient elastic resilience.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung weisen die Aussparungen jeweils eine auf die Unterschale projizierte Grundfläche zwischen 0,5 cm2 und 2,0 cm2, bevorzugt von 1,0 cm2, auf. Die Aussparungen der Gyroidstruktur gewährleisten, dass die Oberschale im Kollisionsfall mit der Unterschale elektrisch kontaktierbar ist. Zu kleine Aussparungen können dazu führen, dass der elektrische Kontakt nicht oder jedenfalls nicht zuverlässig herstellbar ist. Zu große Aussparungen können dazu führen, dass die Oberschale nicht hinreichend abgestützt ist. Der vorbeschriebene Wertebereich zwischen 0,5 cm2 und 2,0 cm2 bietet diesbezüglich einen vorteilhaften Kompromiss. Eine Grundfläche von 1 ,0 cm2 wurde erfinderseitig als Optimum erkannt. In a further embodiment of the invention, the recesses each have a base area projected onto the lower shell of between 0.5 cm 2 and 2.0 cm 2 , preferably 1.0 cm 2 . The recesses in the gyroid structure ensure that the upper shell can be electrically contacted with the lower shell in the event of a collision. Cutouts that are too small can result in the electrical contact not being able to be made, or at least not being able to be made reliably. Excessively large cut-outs can result in the upper shell not being adequately supported. The range of values between 0.5 cm 2 and 2.0 cm 2 described above offers an advantageous compromise in this regard. A base area of 1.0 cm 2 was recognized as optimum by the inventors.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung weist die Unterschale ein additiv ausgebildetes erstes Kontaktelement auf, und die Oberschale weist ein additiv ausgebildetes zweites Kontaktelement auf. Die Kontaktelemente sind jeweils zur wenigstens mittelbaren elektrisch leitfähigen Verbindung mit der Steuereinheit vorgesehen. Durch die additive Ausbildung des jeweiligen Kontaktelements kann auf eine gesonderte Anbringung separater Kontaktelemente verzichtet werden. Hierdurch kann eine möglichst geringe Bauteilanzahl, insbesondere eine einstückige Ausbildung, des Schutzelements beibehalten werden. Hierdurch wird zum einen die Herstellung weiter vereinfacht. Zum anderen wird durch die möglichst geringe Bauteilanzahl, insbesondere Einstückigkeit, ein geringeres Ausfallrisiko des Schutzelements und damit einhergehend ein hohes Sicherheitsniveau der Schutzvorrichtung erreicht. Die Kontaktelemente sind vorzugsweise jeweils zum Ausbilden einer Steckverbindung mit einem komplementären Kontaktelement ausgebildet. Dementsprechend können die Kontaktelemente jeweils beispielsweise als stiftförmiges Steckelement oder als Steckaufnahme gestaltet sein. In a further embodiment of the invention, the lower shell has an additively formed first contact element, and the upper shell has an additively formed second contact element. The contact elements are each provided for at least indirect electrically conductive connection to the control unit. Due to the additive formation of the respective contact element, a separate attachment of separate contact elements can be dispensed with. As a result, the fewest possible number of components, in particular a one-piece design, of the protective element can be retained. On the one hand, this increases production further simplified. On the other hand, as a result of the lowest possible number of components, in particular one-piece design, a lower risk of failure of the protective element and, associated with this, a high safety level of the protective device is achieved. The contact elements are preferably each designed to form a plug-in connection with a complementary contact element. Accordingly, the contact elements can each be designed, for example, as a pin-shaped plug-in element or as a plug-in socket.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung weist die Oberschale eine Durchgangsöffnung auf, durch welche das erste Kontaktelement in Dickenrichtung über eine Außenseite der Oberschale aufragt, wobei das zweite Kontaktelement in Dickenrichtung von der Außenseite der Oberschale abragt. Die Außenseite der Oberschale kann entweder die Unterseite oder die Oberseite der Oberschale sein. Vorzugsweise ist die Außenseite die Oberseite. Diese Ausgestaltung der Erfindung ermöglicht, dass das wenigstens eine Schutzelement ausgehend von einer gemeinsamen Seite, vorzugsweise der Oberseite der Oberschale, elektrisch mit der Steuereinheit verbindbar ist. Hierzu sind sowohl das erste Kontaktelement als auch das zweite Kontaktelement auf einer gemeinsamen Seite der Oberschale angeordnet. In weiterer Ausgestaltung der Erfindung weist die Unterschale eine Durchgangsöffnung auf, durch welche das zweite Kontaktelement in Dickenrichtung über eine Außenseite der Unterschale aufragt, wobei das erste Kontaktelement in Dickenrichtung von der Außenseite der Unterschale abragt. In anderen Worten erfolgt die Kontaktierung bei dieser Ausgestaltung vorzugsweise ausgehend von einer Unterseite und insoweit ausgehend von dem Außenwandabschnitt des Industrieroboters. In a further embodiment of the invention, the upper shell has a through-opening through which the first contact element protrudes in the direction of thickness over an outer side of the upper shell, with the second contact element protruding from the outer side of the upper shell in the direction of thickness. The outside of the faceplate can be either the bottom or the top of the faceplate. Preferably the outside is the top. This refinement of the invention makes it possible for the at least one protective element to be able to be electrically connected to the control unit, starting from a common side, preferably the upper side of the upper shell. For this purpose, both the first contact element and the second contact element are arranged on a common side of the upper shell. In a further embodiment of the invention, the lower shell has a through-opening through which the second contact element protrudes in the direction of thickness over an outer side of the lower shell, with the first contact element protruding from the outer side of the lower shell in the direction of thickness. In other words, in this configuration, the contact is preferably made starting from an underside and to this extent starting from the outer wall section of the industrial robot.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung weist die Unterschale wenigstens ein additiv ausgebildetes Formschlusselement auf, das in Dickenrichtung von einer Unterseite der Unterschale abragt und zur formschlüssigen Verbindung mit einer komplementär ausgebildeten Formschlussöffnung vorgesehen ist. Das Formschlusselement kann insbesondere als Rast-, Steck- oder Schnappelement ausgebildet sein. Die komplementäre Formschlussöffnung kann unmittelbar an dem Außenwandabschnitt des Industrieroboters ausgebildet sein. Alternativ kann die komplementäre Formschlussöffnung an einem fest mit dem Außenwandabschnitt verbundenen Zwischenelement ausgebildet sein, das in Dickenrichtung zwischen dem Außenwandabschnitt und dem wenigstens einen Schutzelement angeordnet ist. Diese Ausgestaltung der Erfindung ermöglicht ein werkzeugloses Aufbringen des Schutzelements. Vorzugsweise wirkt das wenigstens eine Formschlusselement lösbar mit der komplementären Formschlussöffnung zusammen, so dass das Schutzelement erforderlichenfalls einfach und kostengünstig ausgetauscht werden kann. ln weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist das wenigstens eine Schutzelement plattenförmig ausgebildet und weist eine rechteckige Grundform oder eine dreieckige Grundform auf. Durch die plattenförmige Ausbildung kann Bauraum eingespart und eine möglichst schlanke Silhouette des Industrieroboters beibehalten werden. Sofern mehrere Schutzelemente vorgesehen sind, ermöglicht die rechteckige oder dreieckige Grundform eine möglichst vollflächige Abdeckung der kollisionsträchtigen Außenwandbereiche des Industrieroboters. In a further embodiment of the invention, the lower shell has at least one additively formed form-fitting element, which protrudes in the thickness direction from an underside of the lower shell and is provided for form-fitting connection with a complementarily formed form-fitting opening. The positive-locking element can in particular be designed as a latching, plug-in or snap-in element. The complementary form-fitting opening can be formed directly on the outer wall section of the industrial robot. Alternatively, the complementary positive-locking opening can be formed on an intermediate element which is firmly connected to the outer wall section and is arranged in the direction of thickness between the outer wall section and the at least one protective element. This embodiment of the invention enables the protective element to be applied without tools. The at least one form-fitting element preferably interacts detachably with the complementary form-fitting opening, so that the protective element can be replaced easily and inexpensively if necessary. In a further embodiment of the invention, the at least one protective element is plate-shaped and has a rectangular basic shape or a triangular basic shape. Due to the plate-shaped design, installation space can be saved and the silhouette of the industrial robot can be kept as slim as possible. If several protective elements are provided, the rectangular or triangular basic shape enables the most complete possible coverage of the outer wall areas of the industrial robot that are prone to collision.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung sind mehrere Schutzelemente vorgesehen und mittels randseitig angeordneter und additiv ausgebildeter Scharnierabschnitte einstückig zusammenhängend und scharnierbeweglich miteinander verbunden. Die mehreren Schutzelemente bilden demnach ein einstückiges, mattenförmiges Gebilde aus. Die Scharnierabschnitte ermöglichen eine Relativbeweglichkeit zwischen den einzelnen Schutzelementen, so dass das mattenförmige Gebilde auf einfache Weise an eine Oberflächenkontur des abzudeckenden Außenwandabschnitts anpassbar ist. Die Scharnierabschnitte sind ebenfalls additiv ausgebildet. Die Scharnierabschnitte sind vorzugsweise aus einem elektrisch isolierenden Kunststoff gefertigt. Vorzugsweise sind die Scharnierabschnitte jeweils als Filmscharnier gestaltet. In Kombination mit dieser Ausgestaltung der Erfindung hat sich eine dreieckige Grundform der Schutzelemente als besonders vorteilhaft erwiesen. In a further refinement of the invention, a plurality of protective elements are provided and connected to one another in one piece, coherently and hinge-movably by means of hinge sections which are arranged on the edge and are formed additively. Accordingly, the several protective elements form a one-piece, mat-like structure. The hinge sections enable relative mobility between the individual protective elements, so that the mat-shaped structure can be easily adapted to a surface contour of the outer wall section to be covered. The hinge sections are also formed additively. The hinge sections are preferably made of an electrically insulating plastic. Preferably, the hinge sections are each designed as a film hinge. In combination with this embodiment of the invention, a triangular basic shape of the protective elements has proven particularly advantageous.
Die Erfindung betrifft zudem einen Industrieroboter, insbesondere Gelenkarmroboter, mit einer Schutzvorrichtung gemäß der vorhergehenden Beschreibung. The invention also relates to an industrial robot, in particular an articulated arm robot, with a protective device according to the preceding description.
Die Erfindung betrifft zudem ein Schutzelement für eine Schutzvorrichtung gemäß der vorhergehenden Beschreibung, aufweisend eine elektrisch leitfähige Unterschale und eine in Dickenrichtung beabstandet angeordnete und elektrisch leitfähige Oberschale, die elastisch nachgiebig gestaltet und unter Einwirkung einer Druckkraft mit der Unterschale elektrisch kontaktierbar ist. Erfindungsgemäß ist die Oberschale mittels einer elektrisch isolierenden und elastisch nachgiebigen Füllstruktur einstückig zusammenhängend mit der Unterschale verbunden, wobei die Oberschale schichtweise additiv aus einem elektrisch leitfähigen Kunststoff ausgebildet mit der Füllstruktur verbunden ist, und wobei die Füllstruktur schichtweise additiv aus einem elektrisch isolierenden Kunststoff ausgebildet mit der Unterschale verbunden ist. Zu mit der erfindungsgemäßen Lösung einhergehenden Vorteilen wird auf die Beschreibung der erfindungsgemäßen Schutzvorrichtung verwiesen. Das dort Gesagte gilt sinngemäß für das erfindungsgemäße Schutzelement. Vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Schutzelements ergeben sich sinngemäß aus den Merkmalen der Ansprüche 2 bis 15, wobei ergänzend auf die diesbezügliche Beschreibung in Zusammenhang mit den Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Schutzvorrichtung verwiesen wird. The invention also relates to a protective element for a protective device according to the preceding description, having an electrically conductive lower shell and an electrically conductive upper shell which is arranged at a distance in the thickness direction and is designed to be elastically resilient and can be electrically contacted with the lower shell under the action of a compressive force. According to the invention, the upper shell is connected in one piece to the lower shell by means of an electrically insulating and elastically flexible filling structure, with the upper shell being made of an electrically conductive plastic layer by layer and connected to the filling structure, and the filling structure being made of an electrically insulating plastic layer by layer Lower shell is connected. With regard to the advantages associated with the solution according to the invention, reference is made to the description of the protective device according to the invention. What was said there applies analogously to the protective element according to the invention. Advantageous configurations of the protective element according to the invention result from the features of claims 2 to 15, with additional reference to the relevant description in Reference is made in connection with the configurations of the protection device according to the invention.
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. Further advantages and features of the invention result from the claims and from the following description of preferred exemplary embodiments of the invention, which are illustrated with the aid of the drawings.
Fig. 1 zeigt in schematisch stark vereinfachter Darstellung eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Industrieroboters, der mit einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Schutzvorrichtung versehen ist, 1 shows, in a highly simplified schematic representation, an embodiment of an industrial robot according to the invention, which is provided with an embodiment of a protective device according to the invention,
Fig. 2 in schematischer Perspektivdarstellung eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Schutzelements der Schutzvorrichtung nach Fig. 1, 2 shows a schematic perspective view of an embodiment of a protective element according to the invention of the protective device according to FIG. 1,
Fig. 3 einen abschnittsweisen Längsschnitt des Schutzelements nach Fig. 2 unter zeichnerischer Ausblendung einer Füllstruktur, 3 shows a sectioned longitudinal section of the protective element according to FIG. 2 with a filling structure being masked out in the drawing,
Fig. 4 eine vergrößerte, perspektivische Detaildarstellung des Schutzelements nach den Fig. 2 und 3 im Bereich zweier Kontaktelemente, 4 shows an enlarged, perspective detail view of the protective element according to FIGS. 2 and 3 in the area of two contact elements,
Fig. 5 eine schematische Aufsicht des Schutzelements nach den Fig. 2 bis 4 unter zeichnerischer Ausblendung einer Oberschale und in Blickrichtung auf die Füllstruktur, 5 shows a schematic top view of the protective element according to FIGS. 2 to 4, with an upper shell being masked out in the drawing and looking in the direction of the filling structure,
Fig. 6, 7 Varianten des Schutzelements mit unterschiedlich spezifizierten Füllstrukturen, jeweils in einer Ansicht entsprechend Fig. 5, 6, 7 variants of the protective element with differently specified filling structures, each in a view corresponding to FIG. 5,
Fig. 8 in schematischer Perspektivdarstellung eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Schutzelements, 8 shows a further embodiment of a protective element according to the invention in a schematic perspective view,
Fig. 9 eine aus mehreren einstückig und scharnierbeweglich miteinander verbundenen Schutzelementen gebildete Anordnung in einer schematischen Seitenansicht, 9 shows an arrangement formed from a plurality of protective elements which are connected to one another in one piece and can be hinged, in a schematic side view,
Fig. 10 eine schematische Perspektivdarstellung der Anordnung nach Fig. 9, wobei die Schutzelemente relativ zueinander scharnierbeweglich verlagert sind, Fig. 11 in schematischer Aufsicht eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Schutzelements mit einer dreieckigen Grundform, 10 shows a schematic perspective representation of the arrangement according to FIG. 11 shows a further embodiment of a protective element according to the invention with a triangular basic shape in a schematic plan view,
Fig. 12 das Schutzelement nach Fig. 11 unter zeichnerischer Ausblendung einerFIG. 12 shows the protective element according to FIG
Oberschale, Upper shell,
Fig. 13 eine aus mehreren einstückig und scharnierbeweglich miteinander verbundenen Schutzelementen nach Fig. 11 gebildete Anordnung und 13 shows an arrangement formed from a plurality of protective elements according to FIG
Fig. 14 eine weitere aus mehreren dreieckigen Schutzelementen gebildete Anordnung. 14 shows another arrangement formed from a plurality of triangular protective elements.
Gemäß Fig. 1 ist ein Industrieroboter 1 in Form eines Gelenkarmroboters zum automatisierten Ausführen nicht näher bezeichneter Fertigungs- und/oder Handhabungsschritte in einer industriellen Fertigung vorgesehen. Der Industrieroboter 1 ist schematisch stark vereinfacht dargestellt und weist einen solchen grundsätzlich bekannten Aufbau mit mehreren relativ zueinander gelenkbeweglichen Gelenkarmen 2, 3, 4 und einem endseitig des Gelenkarms 4 angeordneten Manipulator 5 auf. Der Manipulator 5 ist mittels einer gelenkbeweglichen Relativverlagerung der Gelenkarme 2, 3, 4 innerhalb eines Arbeitsraums A verlagerbar. Da der grundsätzliche Aufbau und die Funktionsweise des Industrieroboters 1 als solche bekannt sind, kann auf weitere diesbezügliche Erläuterungen verzichtet werden. According to FIG. 1, an industrial robot 1 in the form of an articulated-arm robot is provided for the automated execution of manufacturing and/or handling steps in an industrial manufacturing process that are not described in any more detail. The industrial robot 1 is shown in a highly simplified schematic and has such a fundamentally known structure with a plurality of articulated arms 2 , 3 , 4 that can be articulated relative to one another and a manipulator 5 arranged at the end of the articulated arm 4 . The manipulator 5 can be displaced within a working space A by means of a relative displacement of the articulated arms 2, 3, 4 in an articulated manner. Since the basic structure and the mode of operation of the industrial robot 1 are known as such, further explanations in this regard can be dispensed with.
Bei der gezeigten Ausführungsform ist der Industrieroboter 1 zur Zusammenarbeit mit einer in dem Arbeitsbereich A befindlichen Person P vorgesehen und kann insoweit auch als kollaborierender Industrieroboter bezeichnet werden. Die Person P ist bei der gezeigten Ausführungsform nicht durch physische Abschirmung, wie Zäune, Absperrgitter oder dergleichen von dem Industrieroboter 1 abgeschirmt. Mangels einer solchen Abschirmung besteht grundsätzlich eine Kollisionsgefahr zwischen der Person P und dem Industrieroboter 1 , beispielsweise bei einem unkoordinierten Eingriff der Person P in den Arbeitsbereich A oder bei einer fehlerhaften Bewegung der Gelenkarme 2, 3, 4. Bei einer solchen Kollision kann die Person P Schaden nehmen. In the embodiment shown, the industrial robot 1 is intended to work together with a person P located in the work area A and to this extent can also be referred to as a collaborating industrial robot. In the embodiment shown, the person P is not shielded from the industrial robot 1 by physical shielding, such as fences, barriers or the like. In the absence of such a shield, there is always a risk of collision between the person P and the industrial robot 1, for example if the person P makes an uncoordinated intervention in the work area A or if the articulated arms 2, 3, 4 move incorrectly. In the event of such a collision, the person P Get damaged.
Um Personenschäden entgegenzuwirken, weist der Industrieroboter 1 eine Schutzvorrichtung 6 auf. Die Schutzvorrichtung 6 weist bei der gezeigten Ausführungsform mehrere Schutzelemente 7 und eine Steuereinheit 8 auf. Die Schutzelemente 7 und die Steuereinheit 8 sind anhand Fig. In order to counteract personal injury, the industrial robot 1 has a protective device 6 . In the embodiment shown, the protective device 6 has a plurality of protective elements 7 and a control unit 8 . The protective elements 7 and the control unit 8 are illustrated in Fig.
1 lediglich schematisch dargestellt. Insbesondere die anhand Fig. 1 gezeigte Anzahl der Schutzelemente 7 und deren Anordnung an dem Gelenkarm 3 sind als rein exemplarisch zu erachten. Bei zeichnerisch nicht dargestellten Ausführungsformen können mehr oder weniger Schutzelemente vorgesehen und an anderen oder zusätzlichen Bereichen des Industrieroboters 1 angeordnet sein. 1 shown only schematically. In particular, the number of protective elements 7 shown with reference to FIG. 1 and their arrangement on the articulated arm 3 are to be regarded as purely exemplary. In the case of embodiments not shown in the drawing, more or fewer Protective elements can be provided and arranged on other or additional areas of the industrial robot 1 .
Die mehreren Schutzelemente 7 sind hinsichtlich ihrer Gestaltung und Funktionsweise identisch, so dass zur Vermeidung von Wiederholungen nachfolgend insbesondere anhand der Fig. 2 bis 5 lediglich auf ein einzelnes der Schutzelemente 7 eingegangen wird. The multiple protective elements 7 are identical in terms of their design and mode of operation, so that to avoid repetition, only one of the protective elements 7 will be discussed below, in particular with reference to FIGS.
Das Schutzelement 7 (Fig. 2) ist zum Aufbringen auf einen beliebigen Außenwandabschnitt des Industrieroboters 1 , beispielsweise im Bereich der Gelenkarme 2, 3, 4, vorgesehen. Dessen ungeachtet kann das Schutzelement 7 auch abseits der anhand Fig. 1 gezeigten Verwendung für einen Industrieroboter eingesetzt werden, beispielsweise für sonstige industrielle Handhabungseinrichtungen, autonome Flurförderfahrzeuge oder dergleichen. The protective element 7 (FIG. 2) is intended to be applied to any section of the outer wall of the industrial robot 1, for example in the area of the articulated arms 2, 3, 4. Irrespective of this, the protective element 7 can also be used in addition to the use shown in FIG. 1 for an industrial robot, for example for other industrial handling devices, autonomous industrial trucks or the like.
Das Schutzelement 7 weist eine elektrisch leitfähige Unterschale 9 und eine in Dickenrichtung D beabstandet angeordnete Oberschale 10 auf. Die Oberschale 10 ist ebenfalls elektrisch leitfähig. Zudem ist die Oberschale 10 elastisch nachgiebig und hierdurch unter Einwirkung einer Druckkraft, wie sie beispielsweise bei einer Kollision des Gelenkarms 3 mit der Person P auftreten kann, mit der Unterschale 9 elektrisch kontaktierbar. Die Oberschale 10 ist mittels einer Füllstruktur 11, die im Detail anhand Fig. 5 ersichtlich und in Fig. 3 zeichnerisch ausgeblendet ist, einstückig zusammenhängend mit der Unterschale 9 verbunden. Die Füllstruktur 11 ist ebenfalls elastisch nachgiebig und im Unterschied zu der Unterschale 9 und der Oberschale 10 elektrisch isolierend. Die Füllstruktur 11 ist additiv aus einem elektrisch isolierenden Kunststoff K1 auf die Unterschale 9 aufgebracht. Die Oberschale 10 ist additiv aus einem elektrisch leitfähigen Kunststoff K2 ausgebildet auf die Füllstruktur 11 aufgebracht. Die Füllstruktur 11 und die Oberschale 10 sind mittels eines hierfür geeigneten 3D-Druckverfahrens ausgebildet. Als geeignete Verfahren sind insbesondere Filament-3D-Druckverfahren zu nennen, die auch unter den Abkürzungen FDM (Fused Deposition Modeling) und FFF (Fused Filament Fabrication) geläufig sind. Mit anderen Worten ausgedrückt, ist die Füllstruktur 11 mittels 3D-Druck auf die Unterschale 9 aufgedruckt und die Oberschale 10 ist mittels 3D-Druck auf die Füllstruktur 11 aufgedruckt. The protective element 7 has an electrically conductive lower shell 9 and an upper shell 10 arranged at a distance in the thickness direction D. FIG. The upper shell 10 is also electrically conductive. In addition, the upper shell 10 is elastically flexible and can thus be electrically contacted with the lower shell 9 under the action of a compressive force, such as can occur, for example, when the articulated arm 3 collides with the person P. The upper shell 10 is connected in one piece to the lower shell 9 by means of a filling structure 11, which can be seen in detail with reference to FIG. 5 and is hidden in the drawing in FIG. The filling structure 11 is also elastically flexible and, in contrast to the lower shell 9 and the upper shell 10, is electrically insulating. The filling structure 11 is applied to the lower shell 9 additively from an electrically insulating plastic K1. The upper shell 10 is formed additively from an electrically conductive plastic K2 and applied to the filling structure 11 . The filling structure 11 and the upper shell 10 are formed using a 3D printing process suitable for this purpose. Filament 3D printing methods, which are also commonly known by the abbreviations FDM (Fused Deposition Modeling) and FFF (Fused Filament Fabrication), should be mentioned as suitable methods. In other words, the filling structure 11 is printed onto the lower shell 9 using 3D printing and the upper shell 10 is printed onto the filling structure 11 using 3D printing.
Als Werkstoff für die Füllstruktur 11 eignen sich grundsätzlich sämtliche druckbaren und elektrisch isolierenden Kunststoffwerkstoffe. Als Werkstoff für die Oberschale 10 eignen sich grundsätzlich sämtliche druckbaren und elektrisch leitfähigen Kunststoffwerkstoffe. Um einen vorteilhaften Stoffschluss zwischen der Oberschale 10 und der Füllstruktur 11 zu ermöglichen, sind die verwendeten Kunststoffe K1 , K2 bei der gezeigten Ausführungsform im weitesten Sinne gleichartig. Dabei meint „gleichartig“ im Hinblick auf die gezeigte Ausführungsform, dass die Kunststoffe K1, K2 eine identische chemische Grundstruktur aufweisen, wobei der Kunststoff K2 im Unterschied zu dem Kunststoff K1 einen Zuschlagstoff mit elektrischer Leitfähigkeit aufweist. Hierdurch wird eine besonders gute Haftung und/oder ein besonders guter Stoffschluss erreicht. Als Zuschlagstoff ist in erster Linie Graphit zu nennen. Denkbar sind zudem Metallpartikel oder dergleichen. In principle, all printable and electrically insulating plastic materials are suitable as the material for the filling structure 11 . In principle, all printable and electrically conductive plastic materials are suitable as the material for the upper shell 10 . In order to enable an advantageous material connection between the upper shell 10 and the filling structure 11, the plastics K1, K2 used in the embodiment shown are of the same type in the broadest sense. "Similar" with regard to the embodiment shown means that the plastics K1, K2 have an identical basic chemical structure, the plastic K2, in contrast to the plastic K1, having an additive with electrical conductivity. As a result, particularly good adhesion and/or a particularly good material bond is achieved. The primary additive is graphite. Metal particles or the like are also conceivable.
Bei der gezeigten Ausführungsform ist der Kunststoff K1 der Füllstruktur 11 ein thermoplastischer Elastomer auf Urethanbasis, der auch unter der Abkürzung TPU geläufig ist. Der Kunststoff K2 der Oberschale 10 ist ein elektrisch leitfähiger thermoplastischer Elastomer auf Urethanbasis TPU‘. Die besagten Kunststoffwerkstoffe haben sich als vorteilhaft im Hinblick auf ihre elastischen Eigenschaften einerseits und ihre Druckbarkeit andererseits erwiesen. In the embodiment shown, the plastic K1 of the filling structure 11 is a urethane-based thermoplastic elastomer, which is also known by the abbreviation TPU. The plastic K2 of the upper shell 10 is an electrically conductive thermoplastic elastomer based on urethane TPU'. Said plastic materials have proven to be advantageous with regard to their elastic properties on the one hand and their printability on the other.
Bei der gezeigten Ausführungsform ist die Unterschale 9 ebenfalls schichtweise additiv aus einem Kunststoff K3 ausgebildet und zudem elastisch nachgiebig. Eine solche Ausführung der Unterschale 9 ist vorteilhaft, aber nicht zwingend erforderlich. Alternativ kann die Unterschale formstabil gestaltet sein. Weiter alternativ oder zusätzlich kann die Unterschale aus einer Plattenware oder einem Schaumwerkstoff gebildet sein. In the embodiment shown, the lower shell 9 is also formed in layers from a plastic K3 and is also elastically flexible. Such an embodiment of the lower shell 9 is advantageous, but not absolutely necessary. Alternatively, the lower shell can be designed to be dimensionally stable. Further alternatively or additionally, the lower shell can be formed from sheet material or a foam material.
Vorliegend handelt es sich bei dem Kunststoff K3 der Unterschale ebenfalls um einen elektrisch leitfähigen thermoplastischen Elastomer auf Urethanbasis TPU‘. In the present case, the plastic K3 of the lower shell is also an electrically conductive thermoplastic elastomer based on urethane TPU'.
Die Füllstruktur 11 (Fig. 5) ist bei der gezeigten Ausführungsform als Gyroidstruktur G ausgebildet. Gyroidstrukturen sind jedenfalls im Bereich der Mathematik als solche bekannt. Im mathematischen Sinne kann eine Gyroidstruktur bzw. ein Gyroid als eine unendlich verbundene, dreifach periodische minimale Oberfläche definiert werden. Vereinfacht ausgedrückt weist die Gyroidstruktur G eine Vielzahl von wellenförmig erstreckten Stegen 12 auf. Die Stege 12 sind unter Ausbildung einer Vielzahl von zwischen der Unterschale 9 und der Oberschale 10 erstreckten Aussparungen 13 voneinander beabstandet angeordnet (Fig. 5). The filling structure 11 (FIG. 5) is designed as a gyroid structure G in the embodiment shown. In any case, gyroid structures are known as such in the field of mathematics. In the mathematical sense, a gyroid structure or gyroid can be defined as an infinitely connected, triply periodic minimal surface. To put it simply, the gyroid structure G has a multiplicity of webs 12 extending in a wave-like manner. The webs 12 are arranged at a distance from one another, forming a multiplicity of recesses 13 extending between the lower shell 9 and the upper shell 10 (FIG. 5).
Bei zeichnerisch nicht dargestellten Ausführungsformen weist die Füllstruktur eine gitter-, netz-, maschen- und/oder wabenförmige Gestalt auf. In embodiments not shown in the drawing, the filling structure has a lattice, net, mesh and/or honeycomb shape.
Die Füllstruktur 11 ist unter Einwirkung einer kollisionsbedingten Druckkraft gemeinsam mit der Oberschale 10 elastisch nachgiebig deformierbar. Dabei ist der elektrische Kontakt zwischen der Oberschale 10 und der Unterschale 9 jedenfalls im Bereich der Aussparungen 13 der Gyroidstruktur G möglich. Bei der anhand Fig. 5 gezeigten Ausführungsform nimmt die Gyroidstruktur G in etwa 5 % eines zwischen der Oberschale 10 und der Unterschale 9 ausgebildeten Volumens ein. Insoweit kann auch von einem Füllgrad von 5 % gesprochen werden. Wie anhand der Fig. 6 und 7 gezeigt ist, sind unterschiedliche Füllgrade möglich. Bei der Variante gemäß Fig. 6 weist die Füllstruktur 11 ‘ einen Füllgrad von 8 % auf. Die anhand Fig. 7 gezeigte Füllstruktur 11“ weist einen Füllgrad von 12 % auf. Beide Füllstrukturen 11‘, 11“ sind wiederum als Gyroidstruktur ausgebildet. The filling structure 11 is elastically resiliently deformable together with the upper shell 10 under the action of a compressive force caused by a collision. In this case, the electrical contact between the upper shell 10 and the lower shell 9 is at least possible in the area of the recesses 13 of the gyroid structure G. In the embodiment shown with reference to FIG. 5, the gyroid structure G takes up approximately 5% of a volume formed between the upper shell 10 and the lower shell 9. FIG. In this respect, one can also speak of a degree of filling of 5%. As shown in FIGS. 6 and 7, different degrees of filling are possible. In the variant according to FIG. 6, the filling structure 11' has a filling level of 8%. The filling structure 11'' shown in FIG. 7 has a filling level of 12%. Both filling structures 11', 11'' are in turn designed as a gyroid structure.
Um eine funktionsgerechte elektrische Kontaktierbarkeit zwischen der Oberschale 10 und der Unterschale 9 im Kollisionsfall zu ermöglichen, sollten die Aussparungen 13 weder zu klein noch zu groß sein. Dies unabhängig von dem jeweils gewählten Füllgrad. Für die vorliegend gezeigte Anwendung im Bereich des Industrieroboters 1 hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn eine jeweils auf die Unterschale 9 projizierte Grundfläche F der Aussparungen 13 zwischen 0,5 cm2 und 2,0 cm2 beträgt. Bei der anhand Fig. 5 gezeigten Ausführungsform beträgt die Grundfläche F jeweils in etwa 1 ,0 cm2. Hierdurch kann einerseits gewährleistet werden, dass die Oberschale hinreichend auf der Füllstruktur 11 abgestützt ist. Andererseits ist eine ausreichend örtlich aufgelöste Kollisionsdetektion gewährleistet. In order to enable functional electrical contacting between the upper shell 10 and the lower shell 9 in the event of a collision, the recesses 13 should be neither too small nor too large. This is independent of the degree of filling selected. For the application shown here in the area of the industrial robot 1, it has proven to be advantageous if a base area F of the recesses 13 projected onto the lower shell 9 is between 0.5 cm 2 and 2.0 cm 2 . In the embodiment shown in FIG. 5, the base area F is approximately 1.0 cm 2 in each case. On the one hand, this can ensure that the upper shell is adequately supported on the filling structure 11 . On the other hand, a sufficiently spatially resolved collision detection is guaranteed.
Die periodisch längserstreckten bzw. wellenförmigen Stege 12 der Gyroidstruktur G weisen vorliegend eine Stegbreite B zwischen 0,2 mm und 1 ,0 mm auf. Als besonders vorteilhaft hat sich eine Stegbreite von in etwa 0,6 mm erwiesen. The periodically elongated or wavy webs 12 of the gyroid structure G presently have a web width B between 0.2 mm and 1.0 mm. A web width of approximately 0.6 mm has proven particularly advantageous.
Zur elektrisch leitfähigen Anbindung an die Steuereinheit 8 weist das Schutzelement 7 ein erstes Kontaktelement 14 und ein zweites Kontaktelement 15 auf. Die Kontaktelemente 14, 15 sind bei der gezeigten Ausführungsform jeweils additiv ausgebildet und insoweit Bestandteil der Unterschale 9 bzw. der Oberschale 10. Mit anderen Worten ausgedrückt, werden die Kontaktelemente 14, 15 beim Drucken der Unterschale 9 und/oder der Oberschale 10 gleichsam „mitgedruckt“. Das zweite Kontaktelement 15 ragt in Dickenrichtung D von einer Außenseite 101 der Oberschale 10 auf. Das erste Kontaktelement ragt in Dickenrichtung von einer Innenseite 92 der Unterschale 9 auf und ist durch eine Durchgangsöffnung 103 der Oberschale 10 längserstreckt. Dabei ragt das erste Kontaktelement 15 in Dickenrichtung D über die Außenseite 101 der Oberschale 10. The protective element 7 has a first contact element 14 and a second contact element 15 for the electrically conductive connection to the control unit 8 . In the embodiment shown, the contact elements 14, 15 are each additively formed and in this respect are part of the lower shell 9 or the upper shell 10 “. The second contact element 15 protrudes in the direction of thickness D from an outer side 101 of the upper shell 10 . The first contact element protrudes in the direction of thickness from an inner side 92 of the lower shell 9 and extends longitudinally through a through-opening 103 in the upper shell 10 . The first contact element 15 protrudes in the thickness direction D over the outside 101 of the upper shell 10.
Eine solche Anordnung der Kontaktelemente 14, 15 ist vorteilhaft, aber nicht zwingend. Bei einer zeichnerisch nicht dargestellten Ausführungsform können die Kontaktelemente zu unterschiedlichen Seiten des Schutzelements abragen oder beide in Richtung einer Außenseite 91 der Unterschale 9 orientiert sein. Die vorliegende Anordnung der Kontaktelemente 14, 15 in Richtung der Außenseite 101 der Oberschale 10 ist insbesondere im Hinblick auf eine leichte manuelle Zugänglichkeit vorteilhaft. Such an arrangement of the contact elements 14, 15 is advantageous, but not essential. In an embodiment that is not shown in the drawing, the contact elements can protrude on different sides of the protective element or both can be oriented in the direction of an outer side 91 of the lower shell 9 . The present arrangement of the contact elements 14, 15 in The direction of the outside 101 of the upper shell 10 is particularly advantageous with regard to easy manual accessibility.
Die besagte Verbindung zwischen der Steuereinheit 8 und dem Schutzelement 7 ist in Fig. 1 lediglich schematisch mittels der dort ersichtlichen durchbrochenen Linie angedeutet. Die Steuereinheit 8 ist bei der gezeigten Ausführungsform zur Notabschaltung des Industrieroboters 1 in Abhängigkeit des elektrischen Kontaktzustands zwischen der Oberschale 10 und der Unterschale 9 der Schutzelemente 7 bzw. der Schutzelemente eingerichtet. Vereinfacht ausgedrückt, wirkt das Schutzelement 7 als eine Art Schalter in einem zur Notabschaltung des Industrieroboters 1 eingerichteten Stromkreis. Said connection between the control unit 8 and the protective element 7 is only indicated schematically in FIG. 1 by means of the broken line that can be seen there. In the embodiment shown, the control unit 8 is set up for the emergency shutdown of the industrial robot 1 depending on the electrical contact state between the upper shell 10 and the lower shell 9 of the protective elements 7 or the protective elements. Put simply, the protective element 7 acts as a type of switch in an electric circuit set up to switch off the industrial robot 1 in an emergency.
Um eine ungewollte elektrische Kontaktierung zu vermeiden, weist die Oberschale 10 bei der gezeigten Ausführungsform einen Isolierabschnitt 104 im Bereich der Durchgangsöffnung 103 auf. Der Isolierabschnitt 104 umschließt das erste Kontaktelement 14 in Umfangsrichtung ringförmig und ist aus einem elektrisch isolierenden Kunststoff, vorliegend TPU, ausgebildet. Bei einer zeichnerisch nicht dargestellten Ausführungsform wird eine ungewollte elektrische Kontaktierung durch ein ausreichendes Übermaß der Durchgangsöffnung 103 im Vergleich zu einem Durchmesser des ersten Kontaktelements 14 erreicht. In order to avoid unwanted electrical contacting, the upper shell 10 in the embodiment shown has an insulating section 104 in the area of the through-opening 103 . The insulating section 104 encloses the first contact element 14 in the circumferential direction in the form of a ring and is made of an electrically insulating plastic, in this case TPU. In an embodiment that is not shown in the drawing, undesired electrical contact is achieved by the through-opening 103 being sufficiently oversized compared to a diameter of the first contact element 14 .
Bei der gezeigten Ausführungsform weist das Schutzelement 7 eine plattenförmige Gestalt mit rechteckiger Grundform auf. Dabei sind die Unterschale 9 und die Oberschale 10 parallel zueinander flächig erstreckt. Sowohl die Unterschale 9 als auch die Oberschale 10 sind im Vergleich zu den übrigen Abmessungen des Schutzelements dünnwandig gestaltet. Eine Gesamtdicke T1 der Unterschale 9 beträgt vorliegend 0,5 mm. Grundsätzlich ist es vorteilhaft, wenn sich die Gesamtdicke T1 zwischen 0,4 mm und 1 ,0 mm bewegt. Entsprechendes gilt für eine Gesamtdicke T2 der Oberschale 10. Diese beträgt bei der gezeigten Ausführungsform ebenfalls 0,5 mm. Eine Gesamtdicke T3 der Füllstruktur 11 beträgt bei der gezeigten Ausführungsform das Drei- bis Vierfache der Gesamtdicke T1. Vorliegend sind sowohl die Unterschale 9 als auch die Oberschale 10 eben ausgebildet. Dabei ist die Außenseite 101 der Oberschale 10 parallel zu einer Innenseite 102 orientiert. Dementsprechend ist eine Außenseite 91 der Unterschale 9 parallel zu der Innenseite 92 orientiert. In the embodiment shown, the protective element 7 has a plate-like shape with a rectangular basic shape. In this case, the lower shell 9 and the upper shell 10 extend flatly parallel to one another. Both the lower shell 9 and the upper shell 10 have thin walls compared to the other dimensions of the protective element. A total thickness T1 of the lower shell 9 is 0.5 mm in the present case. In principle, it is advantageous if the total thickness T1 is between 0.4 mm and 1.0 mm. The same applies to an overall thickness T2 of the upper shell 10. In the embodiment shown, this is also 0.5 mm. In the embodiment shown, a total thickness T3 of the filling structure 11 is three to four times the total thickness T1. In the present case, both the lower shell 9 and the upper shell 10 are flat. The outside 101 of the upper shell 10 is oriented parallel to an inside 102 . Accordingly, an outside 91 of the lower shell 9 is oriented parallel to the inside 92 .
Bei der gezeigten Ausführungsform ist das Schutzelement 7 in Umfangsrichtung randseitig geschlossen. Zu diesem Zweck ist ein randseitiger, in Umfangsrichtung umlaufender Randabschnitt 16 vorgesehen und zwischen der Unterschale 9 und der Oberschale 10 ausgebildet. Der Randabschnitt 16 ist aus einem elektrisch isolierenden Kunststoff ausgebildet und ebenfalls additiv gefertigt. Demnach wird der Randabschnitt 16 beim Druckvorgang der übrigen Abschnitte des Schutzelements 7 gleichsam „mitgedruckt“. Der Randabschnitt ist quer zur Dickenrichtung D orientiert. Vorliegend ist der Randabschnitt 16 in einem Winkel von in etwa 45° schräg zu der Dickenrichtung D längserstreckt. Diese schräge Orientierung unterstützt eine funktionsgerechte Kontaktierung zwischen der Oberschale 10 und der Unterschale 9 im Kollisionsfall. In the embodiment shown, the protective element 7 is closed at the edge in the circumferential direction. For this purpose, an edge section 16 running around in the circumferential direction is provided and formed between the lower shell 9 and the upper shell 10 . The edge section 16 is formed from an electrically insulating plastic and is also produced additively. Accordingly, the edge portion 16 during the printing process remaining sections of the protective element 7, so to speak, “also printed”. The edge section is oriented transversely to the thickness direction D. In the present case, the edge section 16 extends longitudinally at an angle of approximately 45° obliquely to the direction of thickness D. This oblique orientation supports a functional contact between the upper shell 10 and the lower shell 9 in the event of a collision.
Im Übrigen versteht sich, dass nicht zwingend die gesamte Unterschale 9 und die gesamte Oberschale 10 elektrisch leitfähig ausgebildet sein müssen. Stattdessen ist es ausreichend, wenn die Unterschale 9 wenigstens im Bereich ihrer Innenseite 92 und die Oberschale 10 wenigstens im Bereich ihrer Innenseite 102 elektrisch leitfähig ausgebildet ist. Durch die schichtweise additive Fertigung sowohl der Unterschale 9 als auch der Oberschale 10 ist dies fertigungsseitig ohne weiteres umsetzbar. Beispielsweise können innenliegende Schichten im Bereich der Innenseiten 92, 102 aus einem elektrisch leitfähigen Kunststoff ausgebildet sein. In Richtung der jeweiligen Außenseite 91, 101 liegende Schichten können hingegen aus einem elektrisch nicht leitfähigen Kunststoff ausgebildet sein. Furthermore, it goes without saying that the entire lower shell 9 and the entire upper shell 10 do not necessarily have to be designed to be electrically conductive. Instead, it is sufficient if the lower shell 9 is designed to be electrically conductive at least in the region of its inside 92 and the upper shell 10 at least in the region of its inside 102 . Due to the layered additive manufacturing of both the lower shell 9 and the upper shell 10, this can easily be implemented on the production side. For example, internal layers in the area of the inner sides 92, 102 can be made of an electrically conductive plastic. In contrast, layers lying in the direction of the respective outside 91, 101 can be formed from an electrically non-conductive plastic.
Anhand Fig. 8 ist eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Schutzelements 7a gezeigt. Das Schutzelement 7a weist eine Gestaltung und Funktionsweise auf, die im Wesentlichen identisch mit dem Schutzelement 7 nach den Fig. 2 bis 5 ist. Zur Vermeidung von Wiederholungen wird deshalb lediglich auf wesentliche Unterschiede des Schutzelements 7a gegenüber dem Schutzelement 7 eingegangen. Im Übrigen gilt das zu dem Schutzelement 7 Offenbarte sinngemäß auch für das Schutzelement 7a. A further embodiment of a protective element 7a according to the invention is shown with reference to FIG. The protective element 7a has a design and mode of operation which is essentially identical to the protective element 7 according to FIGS. 2 to 5. In order to avoid repetition, only essential differences between the protective element 7a and the protective element 7 will be discussed. Otherwise, what has been disclosed for the protective element 7 also applies analogously to the protective element 7a.
Im Unterschied zu dem Schutzelement 7 weist das Schutzelement 7a zwei additiv ausgebildete Formschlusselemente 17a auf. Die Formschlusselemente 17 sind im Bereich der Unterschale 9 ausgebildet und ragen in Dickenrichtung von einer Außenseite 91 der Unterschale 9 ab. Die Formschlusselemente 17 sind jeweils zur formschlüssigen Verbindung mit einer komplementär ausgebildeten Formschlussöffnung vorgesehen. Die besagten Formschlussöffnungen können beispielsweise unmittelbar an den Gelenkarmen 2, 3, 4 des Industrieroboters 1 ausgebildet oder an einem fest mit den Gelenkarmen 2, 3, 4 verbundenen Bauteil vorgesehen sein. Hierdurch kann das Schutzelement 7a auf besonders einfache Weise montiert, demontiert und bei Bedarf ausgetauscht werden. Die Formschlusselemente 17a sind in Haupterstreckungsrichtung des Schutzelements 7a voneinander beabstandet und symmetrisch in Bezug auf gedachte Mittellängs- und Mittelquerebenen des Schutzelements 7a ausgerichtet. Die Formschlusselemente 17a weisen vorliegend jeweils eine Pilzkopfform auf. Weiter im Unterschied zu dem Schutzelement 7 ragen die Kontaktelemente 14a, 15a bei dem Schutzelement 7a in Richtung der Außenseite 91a der Unterschale auf. Hierzu alternativ kann aber auch eine Ausrichtung wie in Fig. 4 gezeigt vorgesehen sein. In contrast to the protective element 7, the protective element 7a has two additively formed positive-locking elements 17a. The positive-locking elements 17 are formed in the area of the lower shell 9 and protrude from an outer side 91 of the lower shell 9 in the thickness direction. The form-fitting elements 17 are each provided for form-fitting connection with a complementary form-fitting opening. Said positive-locking openings can, for example, be formed directly on the articulated arms 2, 3, 4 of the industrial robot 1 or can be provided on a component that is firmly connected to the articulated arms 2, 3, 4. As a result, the protective element 7a can be assembled, disassembled and, if necessary, replaced in a particularly simple manner. The form-fitting elements 17a are spaced apart from one another in the main extension direction of the protective element 7a and aligned symmetrically with respect to imaginary central longitudinal and central transverse planes of the protective element 7a. In the present case, the form-fitting elements 17a each have a mushroom-head shape. Furthermore, in contrast to the protective element 7, the contact elements 14a, 15a in the protective element 7a protrude in the direction of the outer side 91a of the lower shell. As an alternative to this, however, an orientation as shown in FIG. 4 can also be provided.
Anhand der Fig. 9 und 10 ist eine aus mehreren Schutzelementen 7 gebildete Anordnung 70 gezeigt. Die Anordnung 70 weist bei der gezeigten Ausführungsform genau zwei Schutzelemente 7 auf, was jedoch nicht zwingend ist. Bei zeichnerisch nicht gezeigten Ausführungsformen kann die Anordnung 70 deutlich mehr als zwei, beispielsweise vier, sechs, acht, zehn oder ein entsprechendes Vielfaches an Schutzelementen aufweisen. Die Schutzelemente 7 der Anordnung 70 sind mittels eines randseitig angeordneten und additiv ausgebildeten Scharnierabschnitts 71 einstückig zusammenhängend und relativ zueinander scharnierbeweglich miteinander verbunden. Der Scharnierabschnitt 71 ist vorliegend aus einem elektrisch isolierenden Kunststoff, beispielsweise TPU, gefertigt. Die Schutzelemente 7 sind mittels des Scharnierabschnitts 70 fest und einstückig miteinander verbunden und gleichzeitig relativ zueinander um eine durch den Scharnierabschnitt 71 gebildete, gedachte Schwenkachse S (Fig. 10) schwenkbeweglich. Hierdurch kann die Anordnung 70 auf einfache Weise an eine mittels der Schutzelemente 7 zu bedeckende Außenkontur, beispielsweise die Außenkontur der Gelenkarme 2, 3, 4, angepasst werden. Gleichzeitig kann durch die einstückig zusammenhängende Ausbildung auf einfache Weise eine möglichst großflächige Abdeckung erreicht werden. 9 and 10, an arrangement 70 formed from a plurality of protective elements 7 is shown. In the embodiment shown, the arrangement 70 has exactly two protective elements 7, but this is not mandatory. In the case of embodiments not shown in the drawing, the arrangement 70 can have significantly more than two, for example four, six, eight, ten or a corresponding multiple of protective elements. The protective elements 7 of the arrangement 70 are connected to one another in one piece by means of a hinge section 71 which is arranged at the edge and formed additively and can be hinged relative to one another. In the present case, the hinge section 71 is made of an electrically insulating plastic, for example TPU. The protective elements 7 are connected to one another firmly and in one piece by means of the hinge section 70 and at the same time can be pivoted relative to one another about an imaginary pivot axis S formed by the hinge section 71 (FIG. 10). In this way, the arrangement 70 can be easily adapted to an outer contour to be covered by the protective elements 7, for example the outer contour of the articulated arms 2, 3, 4. At the same time, as a result of the one-piece coherent design, the largest possible area of coverage can be achieved in a simple manner.
Die Fig. 11 und 12 zeigen eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Schutzelements 7b. Das Schutzelement 7b weist mit Ausnahme seiner dreieckigen Grundform eine zu dem Schutzelement 7 identische Gestaltung und Funktionsweise auf, so dass diesbezügliche Erläuterungen entbehrlich sind. Zwischen der Unterschale 9b und der Oberschale 10b ist wiederum eine Füllstruktur 11b angeordnet. Diese ist in Übereinstimmung mit dem Schutzelement 7 als Gyroidstruktur G ausgebildet. Die dreieckige Grundform ist vorliegend gleichschenklig gestaltet, so dass zwischen den Seitenkanten des Schutzelements 7b ein Eckwinkel von jeweils 60° eingeschlossen ist. 11 and 12 show a further embodiment of a protective element 7b according to the invention. With the exception of its basic triangular shape, the protective element 7b has a design and function that is identical to the protective element 7, so that explanations in this regard are unnecessary. A filling structure 11b is in turn arranged between the lower shell 9b and the upper shell 10b. This is designed as a gyroid structure G in accordance with the protective element 7 . In the present case, the basic triangular shape is designed with isosceles, so that a corner angle of 60° is included between the side edges of the protective element 7b.
Fig. 13 zeigt eine aus einer Vielzahl von Schutzelementen 7b gebildete Anordnung 70b. Die Schutzelemente 7b der Anordnung 70b sind mittels randseitig angeordneter und additiv ausgebildeter Scharnierabschnitte 71b einstückig zusammenhängend und scharnierbeweglich miteinander verbunden. Im Übrigen gilt das zu der Anordnung 70 Gesagte sinngemäß auch für die Anordnung 70b. Fig. 14 zeigt eine weitere Anordnung 70b‘, die aus mehreren ringförmig angeordneten Schutzelementen 7b gebildet ist. Die Anordnung 70b‘ verdeutlicht, dass die einstückig zusammenhängende und scharnierbewegliche Gestaltung eine einfache und möglichst vollflächige Bedeckung nahezu beliebig geformter Oberflächenkonturen ermöglicht. 13 shows an arrangement 70b formed from a multiplicity of protective elements 7b. The protective elements 7b of the arrangement 70b are connected to one another in one piece, coherently and in a hinge-movable manner by means of hinge sections 71b which are arranged on the edge and are formed additively. Otherwise, what was said about the arrangement 70 also applies to the arrangement 70b. FIG. 14 shows a further arrangement 70b', which is formed from a plurality of protective elements 7b arranged in a ring. The arrangement 70b′ makes it clear that the one-piece, coherent and hinge-movable design enables surface contours of almost any shape to be covered simply and as completely as possible.

Claims

Patentansprüche Schutzvorrichtung (6) für einen Industrieroboter (1), mit Claims Protective device (6) for an industrial robot (1), with
- wenigstens einem Schutzelement (7, 7a, 7b), das zum Aufbringen auf einen Außenwandabschnitt des Industrieroboters (1) vorgesehen ist, und mit - At least one protective element (7, 7a, 7b), which is provided for application to an outer wall section of the industrial robot (1), and with
- einer Steuereinheit (8), die mit dem wenigstens einen Schutzelement (7, 7a, 7b) verbunden und zum Steuern des Industrieroboters (1) in Abhängigkeit eines elektrischen Kontaktzustands des Schutzelements (7, 7a, 7b) eingerichtet ist,- a control unit (8), which is connected to the at least one protective element (7, 7a, 7b) and is set up to control the industrial robot (1) depending on an electrical contact state of the protective element (7, 7a, 7b),
- wobei das wenigstens eine Schutzelement (7, 7a, 7b) eine elektrisch leitfähige Unterschale (9, 9a, 9b) und eine in Dickenrichtung (D) beabstandet angeordnete und elektrisch leitfähige Oberschale (10, 10a, 10b) aufweist, die elastisch nachgiebig und unter Einwirkung einer Druckkraft mit der Unterschale (9, 9a, 9b) elektrisch kontaktierbar ist, - wherein the at least one protective element (7, 7a, 7b) has an electrically conductive lower shell (9, 9a, 9b) and an electrically conductive upper shell (10, 10a, 10b) which is arranged at a distance in the thickness direction (D) and is elastically flexible and can be electrically contacted with the lower shell (9, 9a, 9b) under the action of a compressive force,
- dadurch gekennzeichnet, dass die Oberschale (10, 10a, 10b) mittels einer elektrisch isolierenden und elastisch nachgiebigen Füllstruktur (11, 1 T, 11“, 11b) einstückig zusammenhängend mit der Unterschale (9, 9a, 9b) verbunden ist, wobei die Oberschale (10, 10a, 10b) schichtweise additiv aus einem elektrisch leitfähigen Kunststoff (K2) ausgebildet mit der Füllstruktur (11, 1 T, 11“, 11b) verbunden ist, und wobei die Füllstruktur (11 , 11‘, 11“, 11b) schichtweise additiv aus einem elektrisch isolierenden Kunststoff (K1) ausgebildet mit der Unterschale (9, 9a, 9b) verbunden ist. Schutzvorrichtung (6) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Unterschale (9, 9a, 9b) schichtweise additiv aus Kunststoff (K3) ausgebildet ist. Schutzvorrichtung (6) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Unterschale (9, 9a, 9b) elastisch nachgiebig ist. Schutzvorrichtung (6) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens die Oberschale (10, 10a, 10b) und die Füllstruktur (11, 1 T, 11“, 11b) aus gleichartigen Kunststoffen (K2, K1) ausgebildet sind. Schutzvorrichtung (6) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens die Oberschale (10, 10a, 10b) und die Füllstruktur (11, 11‘, 11“, 11b) jeweils aus einem thermoplastischen Elastomer (TPU‘, TPU), insbesondere auf Urethanbasis, ausgebildet sind. Schutzvorrichtung (6) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kunststoff (K2) der Oberschale (10, 10a, 10b) und/oder der Kunststoff (K1) der Füllstruktur (11 , 11‘, 11“, 11b) eine Shorehärte zwischen 35 Shore-A und 100 Shore-A, bevorzugt 85 Shore-A, aufweist. Schutzvorrichtung (6) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberschale (10, 10a, 10b) und/oder die Unterschale (9, 9a, 9b) eine Gesamtdicke (T1, T2) zwischen 0,4 mm und 1 ,0 mm, bevorzugt 0,6 mm, aufweist. Schutzvorrichtung (6) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Füllstruktur (11, 1 T, 11“, 11b) als Gyroidstruktur (G) ausgebildet ist, die eine Vielzahl von wellenförmig erstreckten Stegen (12) aufweist, wobei die Stege (12) unter Ausbildung einer Vielzahl von zwischen der Unterschale (9, 9a, 9b) und der Oberschale (10, 10a, 10b) erstreckten Aussparungen (13) voneinander beabstandet angeordnet sind. Schutzvorrichtung (6) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Stege (12) jeweils eine Stegbreite (B) zwischen 0,2 mm und 1 ,0 mm, bevorzugt zwischen 0,2 mm und 0,6 mm, besonders bevorzugt zwischen 0,2 mm und 0,4 mm, aufweisen. Schutzvorrichtung (6) nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Aussparungen (13) jeweils eine auf die Unterschale (9, 9a, 9b) projizierte Grundfläche (F) zwischen 0,5 cm2 und 2,0 cm2, bevorzugt von 1,0 cm2, aufweisen. Schutzvorrichtung (6) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Unterschale (9, 9a, 9b) ein additiv ausgebildetes erstes Kontaktelement (14) aufweist, und dass die Oberschale (10, 10a, 10b) ein additiv ausgebildetes zweites Kontaktelement (15) aufweist. Schutzvorrichtung (6) nach Anspruch 11 , dadurch gekennzeichnet, dass die Oberschale (10) eine Durchgangsöffnung (103) aufweist, durch welche das erste Kontaktelement (14) in Dickenrichtung (D) über eine Außenseite (101) der Oberschale (10) aufragt, wobei das zweite Kontaktelement (15) in Dickenrichtung (D) von der Außenseite (101) der Oberschale (10) abragt. - 19 - Schutzvorrichtung (6) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Unterschale (9a, 9b) wenigstens ein additiv ausgebildetes Formschlusselement (17a, 17b) aufweist, das in Dickenrichtung (D) von einer Unterseite (91a, 91b) der Unterschale (9a, 9b) abragt und zur formschlüssigen Verbindung mit einer komplementär ausgebildeten Formschlussöffnung vorgesehen ist. Schutzvorrichtung (6) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine Schutzelement (7, 7a, 7b) plattenförmig ausgebildet ist und eine rechteckige Grundform oder eine dreieckige Grundform aufweist. Schutzvorrichtung (6) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Schutzelemente (7, 7a, 7b) vorgesehen und mittels randseitig angeordneter und additiv ausgebildeter Scharnierabschnitte (71, 71b) einstückig zusammenhängend und scharnierbeweglich miteinander verbunden sind. Industrieroboter (1), insbesondere Gelenkarmroboter, mit einer Schutzvorrichtung (6) nach einem der vorhergehenden Ansprüche. Schutzelement (7, 7a, 7b) für eine Schutzvorrichtung (6) nach einem der Ansprüche 1 bis 15, aufweisend eine elektrisch leitfähige Unterschale (9, 9a, 9b) und eine in Dickenrichtung (D) beabstandet angeordnete und elektrisch leitfähige Oberschale (10, 10a, 10b), die elastisch nachgiebig gestaltet und unter Einwirkung einer Druckkraft mit der Unterschale (9, 9a, 9b) elektrisch kontaktierbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberschale (10, 10a, 10b) mittels einer elektrisch isolierenden und elastisch nachgiebigen Füllstruktur (11, 1 T, 11“, 11b) einstückig zusammenhängend mit der Unterschale (9, 9a, 9b) verbunden ist, wobei die Oberschale (10, 10a, 10b) schichtweise additiv aus einem elektrisch leitfähigen Kunststoff (K2) ausgebildet mit der Füllstruktur (11 , 1 T, 11“, 11b) verbunden ist, und wobei die Füllstruktur (11, 1 T, 11“, 11b) schichtweise additiv aus einem elektrisch isolierenden Kunststoff (K1) ausgebildet mit der Unterschale (9, 9a, 9b) verbunden ist. - characterized in that the upper shell (10, 10a, 10b) is connected in one piece to the lower shell (9, 9a, 9b) by means of an electrically insulating and elastically flexible filling structure (11, 1 T, 11", 11b), the The upper shell (10, 10a, 10b) is formed additively in layers from an electrically conductive plastic (K2) and is connected to the filling structure (11, 1T, 11", 11b), and the filling structure (11, 11', 11", 11b ) layered additively from an electrically insulating plastic (K1) formed with the lower shell (9, 9a, 9b) is connected. Protective device (6) according to Claim 1, characterized in that the lower shell (9, 9a, 9b) is formed in layers from plastic (K3). Protective device (6) according to Claim 1 or 2, characterized in that the lower shell (9, 9a, 9b) is elastically flexible. Protective device (6) according to one of the preceding claims, characterized in that at least the upper shell (10, 10a, 10b) and the filling structure (11, 1T, 11", 11b) are made of similar plastics (K2, K1). Protective device (6) according to one of the preceding claims, characterized in that at least the upper shell (10, 10a, 10b) and the filling structure (11, 11', 11", 11b) are each made of a thermoplastic elastomer (TPU', TPU), in particular based on urethane. Protective device (6) according to one of the preceding claims, characterized in that the plastic (K2) of the upper shell (10, 10a, 10b) and / or the plastic (K1) of the filling structure (11, 11 ', 11", 11b) a Shore hardness between 35 Shore-A and 100 Shore-A, preferably 85 Shore-A. Protective device (6) according to one of the preceding claims, characterized in that the upper shell (10, 10a, 10b) and / or the lower shell (9, 9a, 9b) has a total thickness (T1, T2) between 0.4 mm and 1. 0 mm, preferably 0.6 mm. Protection device (6) according to one of the preceding claims, characterized in that the filling structure (11, 1 T, 11", 11b) is designed as a gyroid structure (G) which has a multiplicity of webs (12) extending in a wavy manner, the webs (12) are arranged at a distance from one another, forming a multiplicity of recesses (13) extending between the lower shell (9, 9a, 9b) and the upper shell (10, 10a, 10b). Protective device (6) according to Claim 8, characterized in that the webs (12) each have a web width (B) of between 0.2 mm and 1.0 mm, preferably between 0.2 mm and 0.6 mm, particularly preferably between 0 .2 mm and 0.4 mm. Protective device (6) according to Claim 8 or 9, characterized in that the recesses (13) each have a base area (F) projected onto the lower shell (9, 9a, 9b) of between 0.5 cm 2 and 2.0 cm 2 , preferably of 1.0 cm 2 . Protective device (6) according to one of the preceding claims, characterized in that the lower shell (9, 9a, 9b) has an additively formed first contact element (14), and that the upper shell (10, 10a, 10b) has an additively formed second contact element ( 15). Protective device (6) according to Claim 11, characterized in that the upper shell (10) has a through opening (103) through which the first contact element (14) protrudes in the thickness direction (D) over an outer side (101) of the upper shell (10), wherein the second contact element (15) protrudes in the thickness direction (D) from the outside (101) of the upper shell (10). - 19 - Protective device (6) according to one of the preceding claims, characterized in that the lower shell (9a, 9b) has at least one additively formed form-fitting element (17a, 17b) which extends in the direction of thickness (D) from an underside (91a, 91b) of the lower shell (9a, 9b) and is provided for a positive connection with a complementary form-fitting opening. Protective device (6) according to one of the preceding claims, characterized in that the at least one protective element (7, 7a, 7b) is plate-shaped and has a rectangular basic shape or a triangular basic shape. Protective device (6) according to one of the preceding claims, characterized in that several protective elements (7, 7a, 7b) are provided and are connected to one another in one piece by means of hinge sections (71, 71b) arranged at the edge and formed additively and so that they can be hinged. Industrial robot (1), in particular an articulated arm robot, with a protective device (6) according to one of the preceding claims. Protective element (7, 7a, 7b) for a protective device (6) according to one of Claims 1 to 15, having an electrically conductive lower shell (9, 9a, 9b) and an electrically conductive upper shell (10) arranged at a distance in the thickness direction (D), 10a, 10b), which is designed to be elastically flexible and can be electrically contacted with the lower shell (9, 9a, 9b) under the action of a compressive force, characterized in that the upper shell (10, 10a, 10b) is filled by means of an electrically insulating and elastically flexible filling structure ( 11, 1 T, 11", 11b) is connected in one piece to the lower shell (9, 9a, 9b), the upper shell (10, 10a, 10b) being made in layers from an electrically conductive plastic (K2) and having the filling structure ( 11, 1 T, 11", 11b) is connected, and wherein the filling structure (11, 1 T, 11", 11b) is formed additively in layers from an electrically insulating plastic (K1) connected to the lower shell (9, 9a, 9b). is.
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