HU231104B1 - Biztonsági burkolattal ellátott végeffektor szerkezet és eljárás a szerkezet alkalmazására - Google Patents

Description

Képviselő: Pintz és Társai Szabadalmi, Védjegy és Jogi Iroda Kft.

Biztonsági burkolattal ellátott végeffektor szerkezet és eljárás a szerkezet alkalmazására

A találmány tárgya biztonsági burkolattal ellátott végeffektor szerkezet célszerűen kollaboratív robothoz való csatlakoztatásra. A találmány tárgya az eljárás is a szerkezet alkalmazására.

A kollaboratív robotika területén az utóbbi években jelentős fejlődés fedezhető fel, ugyanis olyan, biztonsági előírásoknak megfelelő megoldások születtek, melyek az emberrel közös munkahelyen, munkafolyamaton képesek dolgozni. A kollaboratív robot definíciója szerint ugyanis olyan robot, mely képes az emberrel közös munkahelyen, munkafolyamaton dolgozni az ember veszélyeztetése nélkül, anélkül, hogy el lenne kerítve. A mai kollaboratív robotok megfelelnek a biztonsági előírásoknak. Azonban, ha bármilyen végeffektor kerül rá, akkor már nem teljesíti a biztonsági követelményeket. A végeffektor a robotikában a robotkarra helyezett fogószerszámot jelenti, más nevén grippernek nevezik. Ha a végeffektort megpróbálják úgy tervezni, hogy megközelítőleg megfeleljen az előírásoknak, akkor az jelentősen bonyolítja a szerkezetet. A végeffektor biztonságos kialakítása során ugyanis fontos szempont, hogy nemcsak maga a robotra szerelt eszköz, hanem a szállított tárgy vagy szerszám is balesetveszélyes lehet. A technika állásában a következő megoldások ismertek a fenti probléma megoldására.

A CN105835029 A számú kínai közzétételi irat egy kollaboratív robotot és annak működési mechanizmusát mutatja be. A robotkar egy mozgásra képes platformra van elhelyezve, és a robotkar kamerával és erőmérő szenzorokkal van felszerelve. A kamera a megragadni kívánt tárgyról fényképet készít, máj d a fénykép alapj án a vezérlő rendszer megfelelő pozícióba mozgatj a a platformot és a robotkart, majd a megfogás után is készül egy fénykép. Az erőmérő szenzorok érzékelik, ha egy személy hozzáér a robotkarhoz, és ekkor a vezérlő rendszer leállítja a mozgást, hogy megelőzzék a személyi sérüléseket. A kollaboratív robotban gyárilag fellelhető erőmérőkkel érzékelik az ütközést. Ez az érzékelés a robotkarra ható erőt veszi figyelembe. Ez a robotra szerelt egyéb kiegészítő elemmel történő ütközés esetén nem nyújt elegendő védelmet. A mi megoldásunkban a kollaboratív robotra szerelt végeffektoron lévő aktív burkolat ezt küszöböli ki. Az US2016214261 A1 számú amerikai közzétételi dokumentum egy kollaboratív robot rendszert és ennek üzemeltetésére szolgáló eljárást ismertet. A robotkar alapvetően egy előre meghatározott pálya mentén mozog, azonban, ha emberi érintkezést tapasztal, megállítja a mozgását, továbbá egy olyan üzemállapotot vesz fel, melyben a robotkar emberi erővel eltolható. A robotkar tartalmazhat megfogásra alkalmas végeffektort, továbbá a robot és robotkar puha borítással van ellátva a sérülésveszély csökkentésére. A leírásban nem esik szó arról, hogy a gripperen külön lenne bármilyen jellegű védelem, a robotban megtalálható erőmérő szenzorokat és a robotot fedő puha burkolat alkalmazza biztonsági eszközként. Említi, hogy bármilyen végeffektor felkerülhet a robotra, azonban a biztonsági intézkedésekre nem ad kielégítő választ. A mi megoldásunk pontosan ezekre ad megoldást, illetve az ütközési erő finomabb mérését is lehetővé teszi, mivel nem a roboton és robotcsuklókban vannak az erőmérők.

Az US9579798 B2 számú amerikai szabadalmi leírás szintén egy kollaboratív robot rendszert mutat be. A rendszer tartalmaz egy érzékelő egységet, mely méri a robotkart érő fizikai kontaktus miatt fellépő erőket. Amennyiben a mért jel erősség meghalad egy előre beállított küszöb szintet, a kontrollegység leállítja a robotkar mozgását. A rendszerben több küszöbszint is beállítható, melyek más-más intézkedést, például gyorsabb vagy lassabb leállást indukálnak. A szabadalmi irat alapján a robotban megtalálható erőérzékelők hatására történik a megállítás, ha ütközés történik. A robotra szerelt végeffektor említés szintjén történik, annak egyéb védelmi berendezése pedig nincs részletezve. Ezzel ellentétben a mi megoldásunkkal tetszőleges formájú és alakú végeffektorok is létrehozhatóak, melyek alaktól függően biztonságosak.

Az US9200972 B2 számú amerikai szabadalmi leírás egy eljárást ismertet kollaboratív robotokat érő külső erőhatások érzékelésére. A robot kontroliéra tartalmaz egy döntési egységet, mely a robot várt és mért mozgásának különbségéből következtet a robotot ért külső erőhatásra. Amikor a külső erőhatás mértéke meghalad egy szintet, a kontroller leállítja a robot mozgását vagy a külső erőhatást csökkentésére törekedve utasítja mozgásra a robotot, továbbá kiad egy figyelmeztető jelzést is. A mérőegység részi éti nincsenek ismertetve. A leírásban nem esik szó arról, hogy a roboton lenne bárminemű végeffektor. Az előzőekhez hasonlóan, szintén a kollaboratív robotban fellelhető erőmérőkkel és az abból kinyert információkból történik a beavatkozás. A mi megoldásunkban a végeffektorra és az azzal történő ütközés során a sérülés csökkentésére helyezzük a hangsúlyt.

Az US9102067 B2 számú amerikai szabadalmi leírás egy piezoelektromos erőmérő szenzort ismertet, mely robotokra is szerelhető. A külső erőhatás a piezoelektromos szenzorban feszültséget indukál, és a feszültség méréséből visszaszámítható az erőhatás nagysága. A szenzor jelét a vezérlőegység a biztonságos üzemelés érdekében felhasználja. A dokumentum a piezoelektromos elven működő erőmérő szenzor működését írja le, a robotokra szerelhetőségről kevés információt szolgáltat. A robot mozgását a piezoelektromos erőmérő felületét érő erőkkel vezérli. A gripperre/végeffektorra szerelhetőségről sem esik szó. A mi megoldásunkban jellemzően optikai szenzor van alkalmazva, valamint az ütközés során közvetlenül a rugalmas borító elem érintkezik a tárggyal/emberrel. Az erőmérő szenzor pedig nem érintkezik a külvilággal.

Az US9671298 B2 számú amerikai szabadalmi dokumentum egy robotokra szerelhető optikai erőmérő szenzort ismertet. Az eszköz diffúz fényt bocsát ki, majd a visszavert fényt érzékeli. A visszavert fény a fény visszaverő felület elmozdulása, deformációja miatt torzul, és ebből a torzulásából lehet következtetni a külső erőhatás jellemzőire (nagyság, irány). Az amerikai megoldásban az optikai erőmérő szenzor a roboton elhelyezett pozíciókról nem ad egyértelmű információt. A gripperen lévő optikai szenzorok a megfogó pofáiban vannak elhelyezve, így a megfogásnál fellépő erőket tudja csak mérni. Tehát az esetleges ütközéseknél ezeknek a szenzoroknak nincs szerepük. A mi megoldásunk az előbbiekben is említett módon, az erőmérőre helyezett burkolat a teljes végeffektort (más néven gripper) beborítja és az egész felületen érzékeli az ütközést.

A CN105841721 A számú kínai közzétételi irat egy optikai erőmérő szenzort, egy robotot és egy eljárást mutat be a robot és az optikai erőmérő szenzor alkalmazására. A Bragg-effektuson alapuló erőmérő szenzor a robot felszínére szerelve méri a külső hatásra bekövetkező deformációt, és a mértjei alapján egy kontrollegység befolyásolja a robot mozgását. A szabadalmi dokumentumban nem található konkrét utalás, hogy a robotra pontosan hol lenne elhelyezve ez az optikai szál segítségével működő érzékelő. A mi megoldásunkban fénykibocsátó diódákkal működő optikai erőmérő szenzor használata a javasolt, amely a kialakításának köszönhetően biztos rögzítést nyújt a burkolatnak.

A DE102008004037 A1 számú német közzétételi irat egy szenzorokkal felszerelt robotkart ismertet, ahol a szenzorokat az esetleges ütközésből adódó sérülések elkerülésére egy védőburkolatba zárják. A védőburkolat előnyösen rácsos kialakítású, hogy a szenzorok érzékelését ne befolyásolja, a burkolat anyaga előnyösen rugalmas és/vagy plasztikusan deformálható anyag, mely elnyeli az ütközések erejét. A robotkar manipulálás! feladatokat nem lát el. A német találmány esetén az érzékelőket védik a burkolattal, a mi megoldásunk pedig a burkolatra ható erőket méri.

Az ES2153761 A1 számú spanyol közzétételi irat egy visszahúzható robotkart ismertet. A robotkar három koncentrikus, egymásba csúsztatható részből épül fel. Az irat csak a mozgatás mechanizmusát tárja fel. Ezzel ellentétben a mi találmányunk esetében a robotkar egy kollaboratív robot, amelyen a gripperen lévő manipulátort mozgatjuk be a burkolatba a munkadarabot (illetve szerszámot vagy egyéb eszközt) védendő módon, a sérülés elkerülése érdekében.

Az US2006020272 Al számú amerikai közzétételi irat egy sebészi varratkészítő berendezést ismertet. A berendezésben teleszkopikusan mozgatható csipeszek vagy fogók találhatók, melyeket összecsukott állapotban be lehet húzni a berendezés burkolatába. A mi megoldásunkban a behúzás a védelem elősegítésére van kialakítva, a burkolat pedig aktív érzékeléssel van felszerelve.

A DE102005009180 B4 számú német szabadalmi leírás egy olyan ipari robotot ismertet, mely egy mozgatható tűvel rendelkezik, melynek vége érzékelővel van ellátva. Ha az érzékelő jelzi, hogy a tű hozzáért valamihez, akkor visszahúzza a tűt a házba. A tű végére egyéb alkatrészek is szerelhetők, melyek részlegesen visszahúzhatok a berendezés házába. A német megoldásnál a tű/szenzor csak külső fizikai behatás árán tud visszahúzódni a házba. A mi megoldásunkban a szenzor, amelyre a burkolat van felhelyezve, nem mozog. Továbbá a megoldásunkban a munkadarab a robot mozgása közben a burkolaton belül van; és amikor innen kimozgatjuk, akkor már védett pozícióban van, és biztonságosan kinyílhat a gripper.

Összefoglalóan elmondhatjuk, hogy a technika állásában nem ismert olyan megoldás, mely esetén a kollaboratív robot végeffektorának a működése is biztonságos lenne, illetve megfelelne a kollaboratív működés előírásainak az ISO/TS 15066 (2016) technikai specifikáció alapján.

Kollaboratív robotcella által elvégzett munkafolyamat eredményeképpen kompakt megoldást kapunk, mikor operátorok is dolgozhatnak a szükséges műveleteken a robot(ok) közvetlen közelében, mégpedig biztonsági kerítések nélkül. Mivel egy operátor a robot közvetlen közelében dolgozik, és nincsenek fizikailag elválasztva egymástól, ezért a robotcellában a veszélyes ütközési eseteket meg kell vizsgálni. Ahhoz, hogy kollaboratív gripperként működhessen egy végeffektor, a robot mozgása során és a manipulációs feladatok esetében sem szabad sérülést okoznia. Ezeket figyelembe véve a veszélyes ütközési eseteket két típusra lehet osztani: robot mozgása közbeni ütközés és manipulálás! feladat közben történő sérülés. Ez a két csoport egy egyszerű pick-andplace feladaton mutatható be legkönnyebben. A munkafolyamat során a robot a terméket egy fixen rögzített pontról veszi fel, ahol megfelelően pozícionálva van. Ezt azután leteszi egy másik fix pozícióba, ahonnan majd ismét fel kell venni, hogy további folyamatokon is keresztül menjen a termék. Az első esetben, mikor a felvételi- és lerakási pont között mozog, a robot a megengedhető maximális sebességgel halad. A másik típusú ütközés az, amikor a robot a felvételi ponton, vagy a letevési pontnál érintkezhet az emberrel bizonyos manipulációk következtében. Amennyiben a robotmozgások során történő ütközés a robotkarral történik, akkor az érzékelésére a kollaboratív robot csuklóiban elhelyezett erő- és nyomatékmérők szolgálnak. Ha a végeffektor kialakítása nem felel meg a szabványban előírtaknak, vagy a szállított munkadarabbal történő ütközés balesetveszélyes, akkor ebben az esetben további védelem szükséges.

A találmány célja az eddigi megoldások hibáinak és hiányosságainak kiküszöbölése, és egy olyan biztonsági burkolattal ellátott végeffektor létrehozása, amely tetszőleges alakú, és bármilyen kollaboratív robotra téve mozgás és manipuláció közben is biztonságos a működése. Cél, hogy ne csak a végeffektor, hanem az általa mozgatott tárgyat, valamint a kollaboratív robottal együtt dolgozó embereket, operátorokat is megvédjük a sérüléstől.

A feltalálói tevékenység azon a felismerésen alapul, hogy ha a találmányt az 1. igénypont szerint valósítjuk meg, akkor a korábbiaknál kedvezőbb találmányt kapunk.

A feltalálói tevékenységet alátámasztó egy másik felismerés lényege, hogy a teljes végeffektort burkolattal vesszük körbe, továbbá a szerkezetbe optikai erőmérő szenzort építünk. Ez a felismerés lehetővé teszi, hogy a burkolat egész felületén ható erőket érzékelhetjük. További felismerés, mellyel az ütközési esetek második típusánál (ahol nem csak mozgási, de manipulálási feladat is történik) történő baleseteket lehet megszüntetni, a kritikus pont fizikai levédése, elhatárolása. Ez a felismerés lehetővé teszi, hogy sem felvételi és a letevési ponthoz sem fér hozzá az operátor, így elkerülhető a sérülés. A kritikus érintkezési pontok levédésére a teljes védelmet a letevési/felvételi ponton lévő átadó ház és a végeffektoron lévő burkolatok együttese alakítja ki.

A kitűzött célnak megfelelően a találmány szerinti megoldás legáltalánosabb megvalósítási formáját az 1. igénypont szerint valósíthatjuk meg. Az alkalmazási eljárás legáltalánosabb formája az eljárási főigénypontból ismerhető meg. Az egyes kiviteli módokat az aligénypontokban ismertetjük.

A megoldás általánosan biztonsági burkolattal ellátott végeffektor szerkezet célszerűen kollaboratív robothoz való csatlakoztatásra, amely vázzal rendelkező végeffektorral és optikai erőmérő szenzorral van ellátva, a végeffektor munkadarab fogására alkalmas munkadarab megfogó pofával rendelkezik.

A találmány jellegzetessége, hogy a végeffektor szánt és a szánhoz kapcsolódó tartó egységet foglal magában, a munkadarab megfogó pofa a tartó egységhez kapcsolódik, az optikai erőmérő szenzor a vázhoz van rögzítve, az optikai erőmérő szenzorhoz burkoló elem van rögzítve, a burkoló elem minden irányból határolja a végeffektort, a burkoló elemet kívülről rugalmas borító elem fedi, a burkoló elemen és a rugalmas borító elemen a munkadarabot átengedő, a munkadarabnál nagyobb keresztmetszetű nyílás van szabadon hagyva.

Különböző kiviteli példa lehet, ha a burkoló elem burkoló végelemet és oldalsó burkoló elemet; a rugalmas borító elem pedig rugalmas borító végelemet, oldalsó rugalmas borító elemet és elülső rugalmas borító elemet foglal magában.

Ugyancsak különböző kiviteli példa lehet, ha a szán és a tartó egység pneumatikus vagy elektronikus működtetésű.

Ugyancsak különböző kiviteli példa lehet, ha két darab optikai erőmérő szenzort tartalmaz; továbbá az optikai erőmérő szenzor fénykibocsátó diódákkal rendelkezik.

A találmány általános alkalmazási eljárása során a szerkezetet kollaboratív robotra rögzítjük, a munkadarab megfogó pofával egy vagy több munkadarabot fogunk meg.

Az eljárás jellegzetessége, hogy a kollaboratív robot mozgatása vagy mozgása előtt vagy közben a munkadarabot a nyíláson keresztül a szánnal és/vagy a szánhoz rögzített tartó egységgel a végeffektor váza felé mozgatjuk és a burkoló elem által határolt zárt térbe vontatjuk.

Az eljárásra jellemző lehet, hogy a szerkezetet mozgatása vagy mozgása után a munkadarabot a szánnal és/vagy a szánhoz rögzített tartó egységgel a nyíláson keresztül kitoljuk a rugalmas borító elem külső oldalára.

Különböző eljárási példa lehet, ha az optikai erőmérő szenzorral a burkoló elem teljes felületén érzékeljük az erőhatásokat és/vagy ütközéseket, és az érzékelt erők és/vagy ütközések szerint vezéreljük a kollaboratív robot mozgását, adott esetben pedig a mozgást leállítjuk vagy más, önmagában ismert biztonsági intézkedést hajtunk végre.

Az eljárásra az is jellemző lehet, hogy munkadarab letétele és/vagy cseréje és/vagy felvétele során a szerkezetet átadó állványhoz mozgatjuk, a rugalmas borító elemet az átadó állványon elhelyezkedő átadó ház mellé illesztjük, azután vagy a szánnal és/vagy a szánhoz rögzített tartó egységgel a nyíláson keresztül az átadó házba toljuk a munkadarabot, és az átadó állvány szánnal a letevési pozícióból a felvételi pozícióba mozgatjuk, vagy pedig az átadó állvány szánnal a felvételi pozícióból az átadó házban található letevési pozícióba mozgatjuk a munkadarabot, majd a szánnal és/vagy a szánhoz rögzített tartó egységgel a nyíláson keresztül a munkadarabot a burkoló elem által határolt zárt térbe mozgatjuk.

Szintén jellemző lehet, hogy a szerkezetet adapter útján rögzítjük a kollaboratív robothoz.

A találmányt a továbbiakban kiviteli példa kapcsán, rajz alapján mutatjuk be közelebbről.

A mellékelt rajzokon az

1. ábra a burkolattal ellátott végeffektor robbantott térbeli ábrája, a

2. és a 3. ábra a burkolattal ellátott végeffektor hosszmetszete, a

4. ábra a kollaboratív robotra szerelt, burkolattal ellátott végeffektor elölnézeti rajza az átadó állvánnyal, míg az

5. ábra egy operátor mellett elhelyezkedő kollaboratív robotra szerelt, burkolattal ellátott végeffektor elölnézeti rajza.

Az 1. ábrán robbantott térbeli ábrán figyelhetjük meg a találmány szerinti szerkezetet. Az 1 végeffektor a rajzon megfigyelhető kiviteli példában 9 vázból, pneumatikus módon vezetett 3 szánból, ugyancsak pneumatikusan működő 4 tartó egységből és a 4 tartó egységre szerelt 5 munkadarab megfogó pofából áll. Pneumatikus működés helyett elektronikus működtetésű szán is elképzelhető. A végeffektor 9 váza célszerűen mart alumínium alkatrészekből épül fel. Az 1 végeffektor a 9 váz útján, egy megfelelő adapter segítségével kapcsolódik majd a robothoz, ezt egy következő ábrán mutatjuk be. A 9 vázhoz csatlakozik a 3 szán, mely a 4 tartó egységet mozgatja. Az 1 végeffektor tetszőleges alakban és működésben megvalósítható. Az 1 végeffektorra, azon belül a 9 vázhoz legalább egy, jelen példa szerint két darab 2 optikai erőmérő szenzor van rögzítve, de egyébként tetszőleges számú 2 optikai erőmérő szenzor elhelyezhető. A 2 optikai erőmérő szenzor fénykibocsátó diódákkal működik, és ezek a 2 optikai erőmérő szenzorok biztosítják a burkolat aktív védelmét ütközés esetén. A 2 optikai erőmérő szenzor előnyösen a külvilággal nem érintkezik. A végeffektor 9 vázán további vezérlő, biztonsági és érzékelő elemek is rögzítésre kerülhetnek. Az 1. ábrán ábrázolt kiviteli példa szerint az 1 végeffektort teljesen beborító burkolat 7 burkoló elemből és 8 rugalmas borító elemből áll, a 7 burkoló elem 7a burkoló végelemet és 7b oldalsó burkoló elemet, míg a 8 rugalmas borító elem 8a rugalmas borító végelemet, 8b oldalsó rugalmas borító elemet és 8c elülső rugalmas borító elemet foglal magában. A 7a burkoló végelem a 3 szánt védi le, hogy az ne okozzon sérülést. A 7 burkoló elem más méretű és alakú elemekből is összeállítható, illetve megfelelő rögzítéseket lehetővé tevő lyukakkal lehet ellátva. A 8 rugalmas borító elem további, fokozott biztonsági szempontból kerül kialakításra, hogy a 7 burkoló elemet puha, rugalmas anyaggal is körbe vegyük. Ez elősegíti a robottal együtt dolgozó személyek védelmét is. Az 5 munkadarab megfogó pofa a 6 munkadarab megfogására, tartására, illetve mozgatására alkalmas; a megfogási elv lehet mehcanikus, pneumatikus (pl. vákuumos) vagy elektromos (pl. mágneses) is akár. 6 munkadarab alatt terméket, szerszámot, munkaeszközt vagy más tárgyat is érthetünk, amivel a kollaboratív robot dolgozik. A 4 tartó egység az 5 munkadarab megfogó pofával és az abban lévő 6 munkadarabbal együtt mozog, így tudja bekerülni a burkolat védelmébe a 6 munkadarabot a 8c elülső rugalmas borító elemen található 18 nyíláson keresztül.

Az 1 végeffektort tehát aktív és passzív védelemmel látjuk el, a passzív védelem a 7 burkoló elemek és 8 rugalmas borító elemek együttese, az aktív védelmet pedig a 2 optikai erőmérő szenzor látja el. A 2 optikai erőmérő szenzor érzékelő lehetővé teszi, hogy a robotkontroller megfelelően be tudjon avatkozni a robot mozgásába. A 2 optikai erőmérő szenzor érzékeli a burkolatra ható erőket, és ennek megfelelően programozható a robot a megfelelő biztonsági intézkedésekre. Ha megfelelő erőmérő cella van kiválasztva, akkor az ütközési erő nagyságáról és irányáról is megfelelő információkat kapunk, amellyel a robotot az ütközési helyzet figyelembevételével tudjuk vezérelni. Ez lehetővé teszi a robot elmozgatását az erőhatással ellentétes irányban is, továbbá a robot megállítását is. Ezt a beavatkozást (robot megállítás, robot leoldás, stb.) úgy kell megtenni, hogy továbbra is megfeleljen a rendszer a meghatározott maximális erő és felületi nyomás határértékeknek. Megfelelő érzékelő kiválasztásával, például egy optikai elven működő erőmérő szenzorral, az ütközésre adott válaszreakció nagyban módosíthatóvá válik, mivel ennek az erőmérőnek nagy az érzékelési felbontása. Másik jelentős előnye, hogy a burkolatnak rugalmasabb felfogatást tesz lehetővé. Annak érdekében, hogy a robot mozgása közben a lemez tehetetlensége miatti erőhatások csökkentve legyenek, gumibakokkal lehet rögzíteni a burkolatot, ezzel az erőhatások módosulhatnak, amit szoftveresen kell lekezelni. A burkolat az aktív védelem érdekében egy optikai elven működő hat tengelyes erő- és nyomaték mérőn keresztül van felfogatva a végeffektor 9 vázára. Egy másik lehetséges kialakítás, hogy több és méreteiben kisebb 3D 2 optikai erőmérő szenzorral figyeljük a burkolattal történő ütközést. Ezeket a 2 optikai erőmérő szenzorokat el lehet helyezni a 9 váz több pontján különböző pozíciókban és orientációkban is. Az egyes 2 optikai erőmérő szenzor által szolgáltatott adathalmazokból már meghatározható az eredő erő és nyomaték értéke is. Ez a kialakítás nagyobb szabadságot ad a robot válaszreakcióinak programozása során. A több ponton elhelyezett 2 optikai erőmérő szenzorokra a 7 burkoló elemek is stabilabban rögzíthetők, így csökkenthetőek a nem kívánt erőhatások a mozgásból adódóan. Egy ilyen kialakítás során célszerű már 3D nyomtatott burkolatot készíteni a végeffektorra, amellyel könnyebben lekövethető a forma, ezzel csökkentve az 1 végeffektor végső méretét, illetve növelve az elérési helyeket.

A 2. ábrán a végeffektor kitolt, a 3. ábrán pedig a behúzott állapota látható. A 7 burkoló elemeket és a 8 rugalmas borító elemeket tartalmazó burkolat az ember és a végeffektor, illetve a munkadarabbal történő ütközésből eredő sérülést hivatott megakadályozni. A robot mozgása közben a 6 munkadarabot behúzzuk, vagy valamilyen módon bejuttatjuk a burkolat belsejébe. Kiviteli példánkban az alap pick-and-place művelet elvégzésére alkalmas végeffektor pneumatikus párhuzam 4 tartó egységet tartalmaz, amelyet egy szintén pneumatikus működésű vezetett 3 szán mozgat. Pneumatikus működés helyett elektromos működtetés is megvalósítható. Ez a mozgatás és megfogás történhet elektromosan is, továbbá egyszerre több 6 munkadarab is megfogható, szállítható. A mozgatás hatására a 4 tartó egység, az 5 munkadarab megfogó pofa a mozgatott 6 munkadarabbal együtt mind a burkolat belsejébe kerülnek, így az sem okoz gondot, ha a 6 munkadarab kialakítása is balesetveszélyes. Például mozgatható szögletes, éles sarkokkal rendelkező darab is. A3, ábrán kerül bemutatásra az az állapot, mikor a 6 munkadarab 7 burkoló elemek által határolt térbe való behúzása megtörtént. A 6 munkadarab behúzása a 7 burkoló elemen és a 8 rugalmas borító elemen, annak jelen példában a 8c elülső rugalmas borító elem részén kialakított 18 nyíláson át történik. Ebből következik, hogy a 18 nyílás mérete lehetővé kell tegye a 6 munkadarab mozgatását, tehát nagyobbnak kell lennie anál. A hosszmetszeteken jól megfigyelhetjük továbbá a végeffektor 9 vázát, az ahhoz kapcsolódó 2 optikai erőmérő szenzorokat, melyek előtt a 7b oldalsó burkoló elemek vannak elhelyezve. A szenzorok típusa többféle lehet, valamint száma is tetszőleges, jelen példában két darab 2 optikai erőmérő szenzort alkalmazunk. A 2 optikai erőmérő szenzorra helyezett burkolat a teljes végeffektort beborítja és az egész felületen érzékeli az ütközést. A 3 szán mozgását a 7a burkoló végelem határolja. A 7a burkoló végelemet és 7b oldalsó burkoló elemet magában foglaló 7 burkoló elemet 8 rugalmas borító elem borítja kívülről, jelen kiviteli példa esetén ez is több részből áll: 8a rugalmas borító végelem, 8b oldalsó rugalmas borító elem és 8c elülső rugalmas borító elem.

A 4. ábra 10 kollaboratív robotra szerelt burkolattal ellátott 1 végeffektort mutatja be. Az ábrán a burkolatnak a külső, 8 rugalmas borító elem része látható, a burkoló elemek és a szenzor nem látszik. Az 1 végeffektor 17 adapter útján rögzíthető bármilyen 10 kollaboratív robothoz vagy robotkarhoz. A 4. ábrán illusztrált esetben, ha fixen rögzített 11 kollaboratív robot rögzítő szerkezeten lévő 10 kollaboratív robot a speciális burkolattal ellátott 1 végeffektorral manipulálni kívánt 6 munkadarabot felveszi, illetve leteszi, akkor egy extra biztonsági megoldás szükséges. Ilyenkor a 12 átadó állványon lévő pneumatikusan működtetett 14 átadó állvány szán munkadarab 15 letevési pozícióját le kell védeni egy megfelelő biztonságot nyújtó 13 átadó házzal. Ehhez a 13 átadó házhoz a 10 kollaboratív robotnak úgy kell odamozognia, hogy ne okozzon becsípődést sem. Amennyiben az 1 végeffektort körbevevő burkolat, jelen esetben annak külső 8 rugalmas borító eleme és a 13 átadó ház összefüggő, zárt biztonsági területet alkot, akkor az 1 végeffektor a szánnal a 6 munkadarabot ki tudja mozgatni a burkolatból, majd el tudja helyezni a 15 letevési pozícióban, így a 6 munkadarab a burkolat, illetve 13 átadó ház belsejében marad mindaddig, amíg biztonságosan nem kerül a 15 letevési pozícióba. A mozgás során az a nyílás, amelyen a 6 munkadarabot mozgatjuk, befordítható úgy, hogy a mozgás irányával ellentétes irányban legyen, így ezzel is csökkenthető a balesetveszély. Ezután a szán visszamegy a burkolat belsejébe. Ahhoz, hogy a 6 munkadarab egy következő munkafázisba menjen, a 14 átadó állvány szán a 15 letevési pozícióból a 16 felvételi pozícióba viszi. Innen az operátor vagy egy másik robot már felveheti a 6 munkadarabot minden sérülés és ütközése nélkül. A lezárás során nem okozhat sérülést vagy zúzódást a 10 kollaboratív robot, mivel az aktív védőburkolattal folyamatosan figyeljük az esetleges ütközéseket, és rögtön be tudunk avatkozni a 10 kollaboratív robot mozgásába.

Az 5. ábra egy általános megoldási vázlatot és működési helyzetet szemléltet. A 10 kollaboratív robot fel van rögzítve egy erre alkalmas hegesztett 11 kollaboratív robot rögzítő szerkezetre. Ez a rögzítő szerkezet fixen van rögzítve a talajhoz. A 10 kollaboratív robotra 17 adapter útján csatlakozik a végeffektor, melyet kívül 8 rugalmas borító elem határol. Az ábrán jól látszik a 8 rugalmas borító elem elülső részén lévő 18 nyílás, melyen keresztül a végeffektor a mozgások idejére a mozgatandó munkadarabot behúzza a burkolat belsejébe. Az ilyen módon létrehozott, burkolattal ellátott végeffektor operátor jelenlétében is megfelelő védelmet nyújt, hiszen sem a robot, sem a munkadarab, sem a végeffektor, sem a robottal együtt dolgozó személy nem tud megsérülni. így akár éles tárgyak is mozgathatóak a végeffektorral. A biztonsági intézkedések hatására elkerülhetőek az ember és robot ütközéséből keletkező sérülések.

A bemutatott találmánynak számos előnye van. A találmány egyik legfontosabb előnye a balesetveszély csökkentése, hiszen a burkolat mind a végeffektort, mind a munkadarabot, mind a robottal együtt dolgozó személyt megvédi. Lehetővé teszi, hogy a végeffektor manipulációkért felelős része a feladatnak megfelelően lehessen kialakítva, és ne a biztonsági előírások határozzák meg a működést. így ugyanis biztosítható a megfelelő üzembiztosság. A végeffektor kialakításánál csak az erőmérők rögzítési pontjait kell kialakítani. Az előírt biztonsági intézkedéseket pedig a végeffektor végleges kialakításához igazított burkolattal elégítjük ki. Az erőmérő szenzornak köszönhetően a robot mozgásaiba nagy mértékben és az ütközéstől függő módon lehet beavatkozni. Azzal, hogy a beavatkozásokhoz szükséges információk rendelkezésre állnak, teljes mértékben a biztonsági előírásoknak és a helyi igényeknek, lehetőségeknek megfelelően lehet beprogramozni a robotot. Ugyancsak előnyös, hogy akár éles és balesetveszélyes tárgyak manipulálása is megoldhatóvá válik, minden kockázat nélkül. Mindezekkel együtt a találmány megnöveli a kollaboratív robotok használhatóságát olyan területeken, munkafolyamatoknál is, ahol eddig nehézkesen, vagy egyáltalán nem volt elképzelhető az alkalmazásuk. Szintén előnyös a munkadarab megfogó pofa többféle lehetséges kialakítása, hiszen pl. mágneses, vákuumos vagy mechanikus elven is működhet.

A találmány alkalmazási területe elsősorban a robottechnika és kollaboratív robotok végeffektora.

A fenti példákon túl a találmány az oltalmi körön belül más kiviteli alakban és gyártási eljárással is megvalósítható.

Claims (9)

SZABADALMI IGÉNYPONTOK

1. Biztonsági burkolattal ellátott végeffektor szerkezet célszerűen kollaboratív robothoz való csatlakoztatásra, amely vázzal (9) rendelkező végeffektorral (1) és optikai erőmérő szenzorral (2) van ellátva, a végeffektor (1) munkadarab (6) fogására alkalmas munkadarab megfogó pofával (5) rendelkezik, azzal jellemezve, hogy a végeffektor (1) szánt (3), a szánhoz (3) kapcsolódó tartó egységet (4) foglal magában, a munkadarab megfogó pofa (5) a tartó egységhez (4) kapcsolódik, az optikai erőmérő szenzor (2) a vázhoz (9) van rögzítve, az optikai erőmérő szenzorhoz (2) burkoló elem (7) van rögzítve, a burkoló elem (7) minden irányból határolja a végeffektort (1), a burkoló elemet (7) kívülről rugalmas borító elem (8) fedi, a burkoló elemen (7) és a rugalmas borító elemen (8) a munkadarabot (6) átengedő, a munkadarabnál (6) nagyobb keresztmetszetű nyílás (18) van szabadon hagyva.

2. Az 1. igénypont szerinti szerkezet, azzal jellemezve, hogy a burkoló elem (7) burkoló végelemet (7a) és oldalsó burkoló elemet (7b); a rugalmas borító elem (8) pedig rugalmas borító végelemet (8a), oldalsó rugalmas borító elemet (8b) és elülső rugalmas borító elemet (8c) foglal magában.

3. Az 1. vagy 2. igénypont szerinti szerkezet, azzal jellemezve, hogy a szán (3) és a tartó egység (4) pneumatikus vagy elektronikus működtetésű.

4. Az 1-3. igénypontok bármelyike szerinti szerkezet, azzal jellemezve, hogy két darab optikai erőmérő szenzort (2) tartalmaz; továbbá az optikai erőmérő szenzor (2) fénykibocsátó diódákkal rendelkezik.

5. Eljárás az 1. igénypont szerinti szerkezet alkalmazására, mely során a szerkezetet kollaboratív robotra (10) rögzítjük, a munkadarab megfogó pofával (5) egy vagy több munkadarabot (6) fogunk meg, azzal jellemezve, hogy a kollaboratív robot (10) mozgatása vagy mozgása előtt vagy közben a munkadarabot (6) a nyíláson (18) keresztül a szánnal (3) és/vagy a szánhoz (3) rögzített tartó egységgel (4) a végeffektor (1) váza (9) felé mozgatjuk és a burkoló elem (7) által határolt zárt térbe vontatjuk.

6. Az 5. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a szerkezetet mozgatása vagy mozgása után a munkadarabot (6) a szánnal (3) és/vagy a szánhoz (3) rögzített tartó egységgel (4) a nyíláson (18) keresztül kitoljuk a rugalmas borító elem (8) külső oldalára.

7. Az 5. vagy 6. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy az optikai erőmérő szenzorral (2) a burkoló elem (7) teljes felületén érzékeljük az erőhatásokat és/vagy ütközéseket, és az érzékelt erők és/vagy ütközések szerint vezéreljük a kollaboratív robot (10) mozgását, adott esetben pedig a mozgást leállítjuk vagy más, önmagában ismert biztonsági intézkedést hajtunk végre.

8. Az 5. vagy 7. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy munkadarab (6) letétele és/vagy cseréje és/vagy felvétele során a szerkezetet átadó állványhoz (12) mozgatjuk, a rugalmas borító elemet (8) az átadó állványon elhelyezkedő átadó ház (13) mellé illesztjük, azután vagy a szánnal (3) és/vagy a szánhoz (3) rögzített tartó egységgel (4) a nyíláson (18) keresztül az átadó házba (13) toljuk a munkadarabot (6), és az átadó állvány szánnal (14) a letevési pozícióból (15) a felvételi pozícióba (16) mozgatjuk, vagy pedig az átadó állvány szánnal (14) a felvételi pozícióból (16) az átadó házban (13) található letevési pozícióba (15) mozgatjuk a munkadarabot (6), majd a szánnal (3) és/vagy a szánhoz (3) rögzített tartó egységgel (4) a nyíláson (18) keresztül a munkadarabot (6) a burkoló elem (7) által határolt zárt térbe mozgatjuk.

9. Az 5-8. igénypontok bármelyike szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a szerkezetet adapter (17) útján rögzítjük a kollaboratív robothoz (10).