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Die Erfindung betrifft eine Arbeitsvorrichtung mit den Merkmalen im Oberbegriff des Hauptanspruchs.
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Aus der
DE 33 19 169 A1 ist ein positionsgesteuerter Roboter für Montage- und Schraubzwecke bekannt, bei dem Probleme mit Positionsabweichungen des Arbeitskopfes von der aktuellen Werkstücklage und mit einer Synchronisation für die Mitbewegung des Roboters mit einem Vliesband bestehen. Zur Lösung ist vorgesehen, dass der Roboter sich selbst mit seinem Werkzeug an einer konischen Senkung am Werkstück zentiert und führt, wobei einzelne Positionsantriebe des Roboters abgeschaltetet werden und der Roboter mit dem Arbeitskopf nur eine Senkbewegung ausführt.
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Die
DE 36 20 391 A1 befasst sich mit einer Überlastkupplung zwischen einem Werkzeug und einem konventionellen Roboterarm. Bei Überlast weicht die Kupplung aus und erlaubt ein gegenseitiges Bewegen und Ausweichen der beiden Platten am Roboterarm und am Werkzeug. Hierdurch sollen Schäden am Werkzeug, am Werkstück und am Roboter vermieden werden.
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Die
DE 199 38 114 A1 zeigt ebenfalls eine Überlastkupplung zwischen Werkzeug und Roboterflansch zur Vermeidung von Kollisionsschäden.
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Die
DE 86 32 873 U1 zielt in die gleiche Richtung und zeigt eine konventionelle Sicherheitskupplung für einen Roboter, die bei übermäßigen axialen Druckkräften ein gegenseitiges Ausweichen der Kupplungsteile ermöglicht und dadurch die axiale Kraftübertragung beschränkt. Durch einen Wegdetektor kann die Ausweichbewegung aufgenommen und in Reaktion hierauf der Roboter abgeschaltet werden.
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Eine weitere Überlastsicherung der vorgenannten Art ist aus der
DE 20 2004 007 938 U1 bekannt, welche Werkzeugkollisionen detektiert und im Belastungsfall Schäden verhindert sowie einen Nothalt des Roboters auslöst. Mit einer Not-Spreizeinrichtung wird bei Ausfall der Betriebsversorgung ein Zusammenbrechen der Überlastsicherung verhindert.
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Die
DE 10 2010 004 316 A1 und
DE 103 91 972 T5 zeigen Roboterunfall-Schutzvorrichtungen, die zwischen Roboter und Werkzeug eingebaut sind und bei Überschreiten einer Lastschwelle einen Schalter betätigen.
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Bei praxisbekannten modernen Arbeitsvorrichtungen können Menschen mit Industrierobotern, insbesondere taktilen Robotern, kooperieren oder kollaborieren. Dies wird als Mensch-Roboter-Kooperation oder -Kollaboration (abgekürzt MRK) bezeichnet. Berührungskontakte zwischen dem menschlichen Körper und dem Industrieroboter bzw. seinem Prozesswerkzeug sind dabei unter Einsatz von berührend wirkende Schutzmaßnahmen in Grenzen zugelassen. Bei einer MRK und bei Einsatz berührend wirkender Schutzmaßnahmen sind bestimmte Grenzwerte einzuhalten, die sich bzgl. der Beanspruchungsart unterscheiden und die auch abhängig von der betroffenen Körperregion des Menschen, insbesondere eines Werkers, sind.
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Ein Berührungskontakt mit dem menschlichen Körper kann nach zwei Beanspruchungsarte unterschieden werden, nämlich nach der auftretenden Stoßkraft und der auftretenden Klemm- und Quetschkraft. Die Stoßkraft ist eine dynamische Kraft, die im ersten Kraftimpuls bei Kontakt mit dem menschlichen Körper übertragen wird (Peak). Die Klemm- und Quetschkraft ist die statische Kraft, die nach einem ersten Kraftimpuls erhalten bleibt. Die Kraftgrenzwerte für die jeweiligen Beanspruchungsarten sind für einzelne Körperregionen in einem Körpermodell festgelegt.
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Die Normung, insbesondere die
ISO/TS 15066 und die
EN ISO 10218-1,2 beinhalten Vorgaben für die MRK hinsichtlich Schutzmaßnahmen, sensorische Ausfallsicherheit und dgl. Bei der MRK wird mit einer Erfassungseinrichtung eine erfolgte Kollision des Roboters bzw. seines Werkzeugs mit einem Hindernis, insbesondere mit einem Werker, detektiert und zur Sicherheit eine Schutzmaßnahme, insbesondere ein Stillstand oder eine Rückwärtsbewegung des Roboters, eingeleitet. Die Kollisionserfassung kann berührend und ggf. mit einer Messung von auftretenden Kollisionskräften erfolgen. Hierfür geeignete taktile Gelenkarm-Industrieroboter sind z.B. aus der
DE 10 2007 063 099 A1 ,
DE 10 2007 014 023 A1 ,
DE 10 2007 060 680 A1 und
DE 10 2007 028 758 B4 bekannt.
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Die
DE 10 2009 047 033 A1 befasst sich ebenfalls mit MRK-Aspekten, wobei der gesamte Fertigungs- oder Montageautomat über einen Kräfte-Momentensensor auf einem Maschinengestell derart befestigt ist, dass eine umfassende Belastungsüberwachung vorgenommen werden kann und Werkerkollisionen detektierbar sind.
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Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine verbesserte Arbeitstechnik aufzuzeigen.
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Die Erfindung löst diese Aufgabe mit den Merkmalen im Hauptanspruch.
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Die beanspruchte Arbeitstechnik, d.h. die Arbeitsvorrichtung und das Arbeitsverfahren, haben den Vorteil, dass mit der steuerbaren Personen-Schutzeinrichtung die Arbeitsvorrichtung hinsichtlich Schutzwirkung einerseits und Leistungsfähigkeit, insbesondere Robotergeschwindigkeit, andererseits optimiert werden kann.
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Die Personen-Schutzeinrichtung kann zur wirksamen Ergänzung anderer MRK-Sicherheitsmaßnahmen eingesetzt werden. In Verbindung mit einem MRK-tauglichen Industrieroboter, insbesondere einem taktilen Roboter, ergibt sich eine optimale Lösung.
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Die steuerbare Personen-Schutzeinrichtung kann in Bewegungssituationen, in denen eine Kollision mit einem Werker droht, aktiviert werden. Durch diese zusätzliche Schutzmaßnahme können die Verletzungsrisiken gemindert und dementsprechend die Robotergeschwindigkeit in diesen Bewegungssituationen erhöht werden. Andererseits kann die Personen-Schutzeinrichtung beim Werkzeugeinsatz und der betreffenden Prozesssituation wieder deaktiviert werden, wodurch die Präzision, Funktionalität und Leistungsfähigkeit des Prozesswerkzeugs und des ausgeführten Prozesses wieder hergestellt bzw. gesteigert werden können. Dies erlaubt einen optimalen Abgleich von Prozesserfordernissen und MRK-Anforderungen.
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Für die Ausgestaltung der Personen-Schutzeinrichtung gibt es verschiedene Möglichkeiten. Eine Ausbildung als Entkoppelungseinrichtung kann die bei einem Körperkontakt wirksame Masse und damit die auftretende Körperbelastung mindern. Alternativ oder zusätzlich kann die Robotergeschwindigkeit dank Massenreduzierung erhöht werden. Die Personen-Schutzeinrichtung, insbesondere die Entkoppelungseinrichtung und deren Entkoppelungselement kann anderseits so steif ausgelegt werden, dass Kollisionen mit einem Werker durch den MRK-tauglichen, bevorzugt taktilen Industrieroboter weiterhin erkannt werden.
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Die steuerbare Entkoppelung kann in Bewegungssituationen des Industrieroboters erfolgen, in denen die Prozess- und Werkzeugpräzision keine Rolle spielen und die Steigerung von Robotergeschwindigkeit und Leistungsfähigkeit der Arbeitsvorrichtung oder des Industrieroboters im Vordergrund steht. Andererseits sind beim eigentlichen, mit dem Werkzeug ausgeführten Prozess das Verletzungsrisiko und die MRK-Anforderungen untergeordnet, so dass die Entkoppelung wieder aufgehoben werden kann.
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Von besonderem Vorteil ist die Möglichkeit, die Masse des gesamten Industrieroboters unabhängig von den Roboterposen zu entkoppeln. Die Arbeitsvorrichtung kann außerdem einfacher und mit besserer Leistungsorientierung nach MRK-Erfordernissen ausgelegt werden.
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Eine Ausbildung als nachgiebiges Schutzmittel mit Stellantrieb erlaubt ebenfalls eine Minderung der Körperbelastungen und des Verletzungsrisikos sowie einen optimalen Abgleich von Prozess- und MRK-Anforderungen.
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In den Unteransprüchen sind weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung angegeben.
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Die Erfindung ist in den Zeichnungen beispielhaft und schematisch dargestellt. Im Einzelnen zeigen:
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1: eine Arbeitsvorrichtung mit einem Industrieroboter und einem Prozesswerkzeug sowie einer Personen-Schutzeinrichtung,
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2: eine erste Variante einer Personen-Schutzeinrichtung in Form einer Entkoppelungseinrichtung in einer abgebrochenen schematischen Seitenansicht,
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3: eine detailliertere Darstellung der Entkoppelungseinrichtung von 2,
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4: eine weitere Variante der Entkoppelungseinrichtung,
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5: eine Variante der Personen-Schutzeinrichtung mit einem nachgiebigen Schutzmittel und
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6: eine bevorzugte Ausführungsform eines taktilen, mehrachsigen Industrieroboters.
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Die Erfindung betrifft eine Arbeitsvorrichtung (1) und ein Arbeitsverfahren.
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Die Arbeitsvorrichtung (1) und das Arbeitsverfahren sind für eine Zusammenarbeit mit einem Werker (6) sowie für eine sog. Mensch-Roboter-Kooperation oder -Kollaboration (abgekürzt MRK) gemäß der eingangs genannten Normen vorgesehen und ausgebildet.
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Die Arbeitsvorrichtung (1) weist gemäß 1 einen mehrachsigen Industrieroboter (2) mit einem Prozesswerkzeug (3) auf. Der Industrieroboter (2) ist vorzugsweise als taktiler Roboter ausgebildet. Er weist eine zugeordnete, Belastungen aufnehmende Sensorik (11) auf. Eine bevorzugte Ausführungsform ist in 6 dargestellt und wird später erläutert. Der Industrieroboter (2) und das Prozesswerkzeug (3) können auch mehrfach vorhanden sein. Das Prozesswerkzeug (3) kann ggf. mittels einer Wechselkupplung getauscht werden.
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Das Prozesswerkzeug (3) kann beliebig ausgebildet sein. In der gezeigten Ausführungsform handelt es sich um ein Greifwerkzeug zu Montagezwecken. Alternativ ist eine Ausbildung als Fügewerkzeug, Auftragewerkzeug, Umformwerkzeug oder dgl. möglich.
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Im Bereich des Prozesswerkzeugs (3) ist eine steuerbare Personen-Schutzeinrichtung (4) angeordnet. Diese kann auch als MRK-Schutzvorrichtung bezeichnet werden. Sie weist einen Aktor (5) zu ihrer Aktivierung und Deaktivierung auf. Die aktivierte Personen-Schutzeinrichtung (4) erlaubt bei einem Kontakt mit dem Werker (6) eine eigene Ausweichbewegung oder eine Ausweichbewegung des Prozesswerkzeugs (3) oder eines Werkzeugteils und hat hierfür entsprechende nachgiebige Eigenschaften.
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Die Personen-Schutzeinrichtung (4) kann durch den Aktor (5) bei einer Zuführbewegung des Industrieroboters (2) aktiviert werden. Bei einer Prozessbewegung, insbesondere bei einem Greifprozess oder Bearbeitungsprozess an einem Werkstück, ist die Personen-Schutzeinrichtung (4) deaktiviert. Die Personen-Schutzeinrichtung (4) kann mittels einer Leitung oder drahtlos mit einer Steuerung (26) verbunden sein. Dies ist vorzugsweise die Robotersteuerung des Industrieroboters (2). Sie kann in den Industrieroboter (2) integriert oder extern angeordnet sein. Die Steuerung (26) kann die Personen-Schutzeinrichtung (4), insbesondere deren Aktor (5), situationsbezogen und in Abhängigkeit vom Prozessablauf steuern.
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Die Personen-Schutzeinrichtung (4) kann unterschiedlich ausgebildet sein. 2 bis 5 zeigen hierzu verschiedene Ausführungsformen.
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In den Varianten von 2 bis 4 ist die Personen-Schutzeinrichtung (4) als steuerbare bzw. aktivierbare und deaktivierbare Entkoppelungseinrichtung (17) ausgebildet, mit der im aktivierten Zustand die bei einem Personenkontakt wirkende Masse reduziert werden kann. Diese wirksame Masse wird in der MRK-Praxis auch als reflektierte Masse bezeichnet. Sie wird bestimmt durch die Masse und den Massenschwerpunkt die vom Industrieroboter mit einer sog. Robotergeschwindigkeit bewegt werden und im Kollisionsfall auf den Körper treffen.
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Die Entkoppelungseinrichtung (17) ist zwischen den zu entkoppelnden Teilen angeordnet. Sie kann z.B. zwischen dem Prozesswerkzeug (3) und dem Industrieroboter (2) angeordnet sein, wie dies in 2 bis 4 dargestellt ist. Alternativ kann die Entkoppelungseinrichtung (17) zwischen Teilen des Prozesswerkzeugs (3) angeordnet sein.
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2 zeigt eine Prinzipdarstellung der steuerbaren Entkoppelungseinrichtung (17). Durch die aktivierte Entkoppelungseinrichtung (17) kann das Prozesswerkzeug (3) vom Industrieroboter (2) derart entkoppelt werden, dass zwischen diesen Teilen (2, 3) eine Relativbewegung möglich ist. Hierdurch reduziert sich die bei einem Personenkontakt wirkende bzw. die reflektierte Masse auf die Masse und den Massenschwerpunkt des Prozesswerkzeugs (3). Die wesentlich größere Masse des Industrieroboters (2) ist entkoppelt.
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Außerdem kann der Industrieroboter (2) das Prozesswerkzeug (3) bei seiner Zustellbewegung zum Arbeits- oder Prozessort in einer zur Belastungsreduzierung und für das Ansprechen der Entkoppelungseinrichtung (17) günstigen Ausrichtung, z.B. nach unten hängend, führen und transportieren.
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Über die Massenreduzierung kann der bei einem Personenkontakt wirkende Impuls und die hiervon ausgehende Körperbelastung und Verletzungsgefahr gemindert werden. Der Impuls berechnet sich nach der reflektierten Masse und der Geschwindigkeit, mit der sie vom Industrieroboter (2) bewegt wird.
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Andererseits kann durch die Massenreduzierung unter Einhaltung der eingangs genannten Belastungs-Grenzwerte die Robotergeschwindigkeit entsprechend erhöht werden. Bei deaktivierter Entkoppelungseinrichtung (17) sind die Teile (2, 3) wieder gekoppelt. Sie sind dabei bevorzugt starr und positionsgenau miteinander verbunden.
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Die Entkoppelungseinrichtung (17) weist Schnittstellen (24, 25) zur Verbindung mit den zu entkoppelnden Teilen auf. In den gezeigten Ausführungsbeispielen sind diese Teile der Industrieroboter (2), insbesondere sein Abtriebsglied (10), und das Prozesswerkzeug (3). Die Schnittstellen (24, 25) können konstruktiv in beliebiger Weise, z.B. als Flansche oder Anbauplatten, ausgebildet sein.
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Die Entkoppelungseinrichtung (17) weist ferner eine steuerbare Kupplung (20) zum starren Verbinden und Lösen der zu entkoppelnden Teile (2, 3) auf. Die steuerbare Kupplung (20) kann in diesem Fall den Aktor (5) bilden. Sie ist zwischen den Schnittstellen (24, 25) angeordnet und mit diesen zur Kraft- und Bewegungsübertragung verbunden.
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Bei Aktivierung der Entkoppelungseinrichtung (17) ist die Kupplung (20) geöffnet und die zu entkoppelnden Teile (2, 3) sind gelöst sowie relativ zueinander beweglich. Bei Deaktivierung sind sie starr miteinander verbunden und die Kupplung ist geschlossen.
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Die Kupplung (20) ist selbstzentrierend ausgebildet und weist einen steuerbaren Antrieb zum Lösen und Schließen auf. Die Kupplung (20) besitzt zwei oder mehr Kupplungsteile (21, 22), von denen das eine Kupplungsteil (21) z.B. mit dem Industrieroboter (2) bzw. der Schnittstelle (24) und das andere Kupplungsteil (22) mit dem Prozesswerkzeug (3) bzw. der Schnittstelle (25) verbunden ist. Die Kupplungsteile (21, 22) sind mit dem Kupplungsantrieb verbunden und können zum Lösen außer Eingriff gebracht, z.B. voneinander distanziert werden, so dass eine Relativbewegung der Kupplungsteile (21, 22) bei einem evtl. Körperkontakt möglich ist. In Schließstellung der Kupplung (20) stützen sich die bevorzugt formschlüssig ineinander greifenden Kupplungsteile (21, 22) in den verschiedenen Ausführungsformen jeweils aneinander ab und bilden eine starre Einheit.
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Die Entkoppelungseinrichtung (17) besitzt ein nachgiebiges Haltemittel (18) zum Führen der entkoppelten Teile (2, 3), insbesondere der damit verbundenen Kupplungsteile (21, 22). Das nachgiebige Haltemittel (18) bewirkt einerseits eine verliersichere mechanische Verbindung der entkoppelten Teile (2, 3) bzw. der gelösten Kupplungsteile (21, 22) und erlaubt andererseits eine Relativbewegung zwischen den entkoppelten Teilen (2, 3) bzw. den gelösten Kupplungsteilen (21, 22). Diese Relativbewegung kann mehrachsig sein und eine Richtungskomponente in Axialrichtung der Kupplung (20) und eine andere Richtungskomponente in Querrichtung haben.
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In 2 und 3 ist das nachgiebige Haltemittel (18) als Feder (19), insbesondere als bevorzugt zylindrische Schraubenfeder, ausgebildet, die auf den z.B. zylindrischen Kupplungsteilen (21, 22) aufgezogen ist und an ihren Enden mit jeweils einer Schnittstelle (24, 25) verbunden sein kann.
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Die Entkoppelungseinrichtung (17) kann außerdem ein Trennmittel (23) zum aktiven Lösen und Trennen der Kupplungsteile (21, 22) aufweisen. Die Feder (19) kann als Druckfeder ausgebildet sein und ebenfalls eine solche Löse- und Trennfunktion haben. Das Trennmittel (23) kann zusätzlich vorhanden sein. Es kann z.B. als pneumatischer oder hydraulischer Zylinder oder dgl. ausgebildet sein. Es kann ebenfalls von der Steuerung (26) beaufschlagt werden.
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Zudem kann die Entkoppelungseinrichtung (17) eine Detektionseinrichtung (27) aufweisen, die ein Ansprechen des Entkoppelungselements (28) im Kollisionsfall und eine Relativbewegung der Schnittstellen (24, 25) erfasst. Sie ist in 2 schematisch angedeutet und kann auch in den anderen Ausführungsbeispielen vorhanden sein. Die Detektionseinrichtung (27) kann z.B. als berührungsloser Abstandssensor oder dgl. ausgebildet sein und ist mit der Steuerung (26) verbunden.
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Die Kupplung (20) kann in unterschiedlicher Weise ausgebildet sein. In 3 ist eine Magnetkupplung schematisch dargestellt, die unterschiedlich ausgebildet sein kann. Die Entkoppelungseinrichtung (17) wird dabei in unterschiedlicher Weise aktiviert und deaktiviert.
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Die Magnetkupplung (20) kann in einer Ausführung einen steuerbaren Elektromagnet an mindestens einem Kupplungsteil (21, 22) aufweisen. Er bewirkt die Aktor-Funktion. Beim Einschalten werden die selbstzentrierend ausgebildeten Kupplungsteile (21, 22) durch Magnetkraft aufeinander zubewegt und aneinander gehalten. Die Entkoppelungseinrichtung (17) wird dadurch deaktiviert. Beim Ausschalten können die Kupplungsteile (21, 22) durch die Feder (19) und ggf. das Trennmittel (23) voneinander gelöst und ggf. distanziert werden, wobei die Entkoppelungseinrichtung (17) aktiviert wird. Die selbstzentrierenden Kupplungsteile (21, 22) können an der Kontaktstelle eine gegenseitig angepasste und z.B. komplementäre Kontur mit axialen Vorsprüngen und Vertiefungen aufweisen und eine formschlüssige Verbindung miteinander eingehen.
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In einer anderen Ausführung sind zwei oder mehr magnetisch leitfähige Kupplungsteile (21, 22) vorhanden, von denen eines z.B. als Permantenmagnet ausgebildet ist und das andere aus einem ferromagnetischen Material besteht oder ebenfalls ein Permanentmagnet mit umgedrehter Polung ist. Die Magnetkraft verbindet und hält die Kupplungsteile (21, 22), wobei die Entkoppelungseinrichtung (17) deaktiviert wird. Das steuerbare Trennmittel (23) wirkt in seiner Aktorfunktion gegen die Magnetkraft und löst für eine Aktivierung der Entkoppelungseinrichtung (17) die Kupplungsteile (21, 22) voneinander.
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Alternativ kann die Kupplung (20) auch als mechanische oder fluidische Kupplung mit einem mechanischen oder elektrischen Antrieb oder einem fluidischen, insbesondere pneumatischen oder hydraulischen, Antrieb zum gegenseitigen Annähern und zum festen Zusammenhalt der Kupplungsteile (21, 22) ausgebildet sein.
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4 zeigt eine Variante der Kupplung (20), die ein Kugelgelenk mit einer Kugelschalenführung an den Kupplungsteilen (21, 22) aufweist. Hierbei sind geringfügige Axialbewegungen und Relativdrehungen der Kupplungsteile (21, 22) relativ zueinander möglich. Der Antrieb zum Schließen der Kupplung (20) kann in beliebiger Weise ausgebildet sein und eine Zentriereinrichtung aufweisen, mit der das Kugelgelenk und die Kugelschale in eine definierte und formschlüssig abgestützte Position zueinander gebracht werden können.
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4 zeigt auch eine Variante des nachgiebigen Haltemittels (18). Es kann z.B. als biegeelastische Hülse oder Schlauch ausgebildet sein. In einer weiteren, nicht dargestellten Abwandlung kann das nachgiebige Haltemittel (18) auch von mehreren Seilen, Ketten oder dgl. gebildet werden. Auch Teleskopstangen sind möglich.
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5 zeigt eine weitere Abwandlung der Personen-Schutzeinrichtung (4). Diese weist ein bewegliches sowie nachgiebiges Schutzmittel (12) mit einem Stellantrieb (15) auf und dient zur Abschirmung des Prozesswerkzeugs (3) oder eines Teils des Prozesswerkzeugs. Im gezeigten Ausführungsbeispiel ist das bewegliche Schutzmittel (12) linear ausfahrbar. Es kann alternativ geschwenkt oder in anderer Weise zwischen einer eingefahrenen oder zurückgezogenen Ruhestellung und einer ausgefahrenen Arbeits- oder Schutzstellung bewegt werden.
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Das nachgiebige Schutzmittel (12) ist z.B. als biegeelastische Hülle oder Hülse ausgebildet, welche das vorstehende Endteil des Prozesswerkzeugs (3) schützend umschließt. Das Endteil kann z.B. als Schweißdüse, Schraubkopf, Greiferarm oder dgl. ausgebildet sein.
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Der Stellantrieb (15) kann den Aktor (5) bilden. Er schiebt zur Aktivierung der Personen-Schutzeinrichtung (4) die Hülse (13) oder ein anderes Schutzmittel (12) in die gezeigte Arbeitsstellung aus, wodurch das besagte Werkzeugendteil umschlossen und abgeschirmt ist. Ein Personenkontakt kann dann nur noch am nachgiebigen bzw. flexiblen Schutzmittel (12) erfolgen. Durch diese Nachgiebigkeit wird ebenfalls die Körperbelastung bei einem Kontakt gemindert und die Verletzungsgefahr reduziert. Im Gegenzug kann ggf. die Robotergeschwindigkeit erhöht werden. Zum Deaktivieren für die Prozess- und Bearbeitungsfunktion des Prozesswerkzeugs (3) wird das Schutzmittel (12) vom Stellantrieb (15) wieder in die Ruhestellung zurückbewegt und das Werkzeugendteil freigegeben.
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Die anderen Bereiche des Prozesswerkzeugs (3) können ihrerseits mit einem Gehäuse (16) aus einem weichen und bei Körperkontakt nachgiebigen Material, z.B. einem Kunststoffschaum, umschlossen sein. Das Gehäuse (16) kann fest am Prozesswerkzeug (3) angeordnet sein und mindert ebenfalls die Körperbelastungen und die Verletzungsgefahr im Kontaktfall.
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Das nachgiebige Schutzmittel (12) kann ferner einen Federkopf (14) aufweisen, der bei Personenkontakt ausweicht. Der Federkopf (14) ist z.B. an dem Frontende des Schutzmittels (12) angeordnet und besteht ebenfalls aus einer Hülse, die auf dem Schutzmittel (12) längs beweglich geführt ist und mittels einer oder mehrerer Federn am Schutzmittel (12) in Axialrichtung abgestützt ist. Der Federkopf (14) kann außerdem mit einer Detektionseinrichtung (27), z.B. einem Bewegungssensor oder dgl. ausgerüstet sein, mit dem ein Körperkontakt und eine Ausweichbewegung des Federkopfes (14) detektiert werden können.
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Der Federkopf (14) ist ein zusätzliches Sicherheitsmerkmal, welches ergänzend zum Schutzmittel (12) wirkt. Das Schutzmittel (12) kann dadurch eine höhere axiale Steifigkeit haben, die durch den Federkopf (14) kompensiert wird. Der Federkopf (14) kann auch eine Art Entkoppelungseinrichtung darstellen und kann bei einem axialen Körperkontakt selbst die nur noch sehr kleine reflektierte Masse bilden.
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Der Industrieroboter (2) weist in den Ausführungsformen von 1 und 6 mehrere untereinander verbundene Glieder (7, 8, 9, 10) auf und kann an seinem Abtriebsglied (9) das Prozesswerkzeug (3) tragen. Der Industrieroboter (2) kann mehrere rotatorische und/oder translatorische Achsen in beliebiger Kombination und Ausbildung haben. Im gezeigten Ausführungsbeispiel ist er als Gelenkarmroboter ausgebildet, der ein Basisglied (7) oder einen Sockel und einen daran schwenkbar um eine Horizontalachse gelagerten Roboterarm (8) aufweist. An dessen freien Ende kann ein weiterer Roboterarm (9) um eine horizontale Achse schwenkbar gelagert sein, der seinerseits am freien Ende das schwenkbare Abtriebsglied (10) trägt, welches z.B. als mehrachsige Roboterhand ausgebildet sein kann. Der besagte Sockel kann außerdem um eine aufrechte Achse gegenüber dem Untergrund drehen. Die Roboterarme (8, 9) können gemäß 6 mehrteilig und in sich verdrehbar mittels Achsen (III) und (V) ausgebildet sein. Der Industrieroboter (2) in 6 hat z.B. sieben Roboterachsen (I–VII).
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Der Industrieroboter (2) kann als mehrachsiger oder mehrgliedriger Roboter in konventioneller Bauform ausgebildet sein und kann positionsgesteuerte Achsen bzw. Achsantriebe aufweisen. Ein solcher Industrieroboter (2) bedarf besonderer MRK-Schutzmaßnahmen, um Anforderungen eines Unfallschutzes zu genügen. Dies kann z.B. eine Bewegungs- und Arbeitsraumüberwachung mit optischen Erfassungssystemen oder dgl. stattfinden. Außerdem sind externe Abschirmmaßnahmen durch eine weitläufige Einhausung, einen Zaun oder dgl. möglich.
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Vorzugsweise ist der Industrieroboter (2) als taktiler Roboter ausgebildet und weist eine externe oder integrierte Sensorik (11) auf, die von außen auf den Industrieroboter (2) einwirkende Belastungen aufnimmt und auswertet. Eine externe Sensorik kann z.B. zwischen dem Industrieroboter (2) und dem Prozesswerkzeug (3) angeordnet sein. Bevorzugt wird gemäß 1 und 6 die integrierte Sensorik (11).
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Alternativ oder zusätzlich kann eine andere MRK-Sensorik am Industrieroboter (2) und/oder am Prozesswerkzeug (3) angeordnet sein, die drohende Kollisionen detektiert und die z.B. als Näherungssensor ausgebildet ist.
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Der taktile Industrieroboter (2) kann eine oder mehrere kraftgesteuerte oder kraftgeregelte Roboterachsen aufweisen. Dies ermöglicht eine steuerbare oder regelbare Reaktion auf von außen einwirkende Belastungen.
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Bevorzugt hat der taktile Industrieroboter (2) mindestens eine nachgiebige Roboterachse mit einer Nachgiebigkeitsregelung. Dies kann z.B. eine reine Kraftregelung oder eine Kombination aus einer Positions- und Kraftregelung sein. Eine solche Ausbildung ist in Kombination mit einer integrierten Sensorik (11) besonders vorteilhaft, wobei z.B. an den Roboterachsen bzw. den dortigen Achslagern ein oder mehrere, die von außen einwirkenden Kräfte und/oder Momente aufnehmende Sensoren angeordnet sind. Ferner können wegaufnehmende Sensoren vorhanden sein.
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Ein taktiler Industrieroboter (2) kann in unterschiedliche Betriebsmodi geschaltet werden. Dies erlaubt unterschiedliche Reaktionen auf das Auftreten von externen Belastungen, insbesondere von unterwarteten oder unvorhergesehenen Belastungen. In einem solchen Fall kann der taktile Industrieroboter (2) z.B. in einen Federmodus geschaltet werden, in dem er der externen Belastung federnd ausweicht, bis die Belastung verschwindet. Andererseits ist ein Umschalten in einen kraftlosen Modus möglich, in dem der Industrieroboter (2) bei Auftreten einer solchen externen Belastung stehen bleibt und sich erst nach Wegfall der Belastung weiterbewegt. In einem kraftlosen Modus kann der Industrieroboter (2) auch von Hand geführt und geteacht werden, in dem man z.B. an seinem Abtriebsglied (9) oder am Prozesswerkzeug (3) angreift. Die dabei auftretenden Roboter- und Gliedbewegungen werden registriert und gespeichert, um auf dieser Basis ein Bahn- oder Bewegungsprogramm für den Roboterbetrieb generieren zu können.
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Ein taktiler Industrieroboter (2) der vorbeschriebenen Art ist insbesondere bei einer Implementierung von nachgiebigen Roboterachsen für eine Mensch-Roboter-Kooperation oder -Kollaboration (abgekürzt MRK) geeignet. Er kann bei einem im Programmablauf nicht vorgesehenen oder unerwarteten Berührungskontakt mit einer Person stehen bleiben, federnd ausweichen oder sich ggf. auch in einem anderen Betriebsmodus aktiv rückwärts bewegen und dadurch eine Verletzung vermeiden oder zumindest mindern.
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Der Industrieroboter (2) hat vorzugsweise ein relativ niedriges Gewicht von weniger als 100 kg, insbesondere 50 kg oder weniger. Er hat dabei auch eine entsprechend begrenzte Tragkraft. Der Industrieroboter (2) kann als Kleinroboter ausgebildet sein. Bevorzugt ist auch eine Ausbildung als Leichtbauroboter, der aus besonders leichtgewichtigen Materialien, insbesondere Kunststoff, zumindest in Teilen aufgebaut ist.
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Abwandlungen der gezeigten und beschriebenen Ausführungsformen sind in verschiedener Weise möglich. Insbesondere können die Merkmale der verschiedenen Ausführungsbeispiele und deren Abwandlungen beliebig miteinander kombiniert oder auch vertauscht werden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Arbeitsvorrichtung
- 2
- Industrieroboter, taktiler Roboter
- 3
- Prozesswerkzeug
- 4
- MRK-Schutzeinrichtung, Personen-Schutzeinrichtung
- 5
- Aktor
- 6
- Werker
- 7
- Glied, Basis, Sockel
- 8
- Glied, Roboterarm
- 9
- Glied, Roboterarm
- 10
- Glied, Abtriebsglied, Roboterhand
- 11
- Sensorik
- 12
- Schutzmittel nachgiebig
- 13
- Hülle, Hülse
- 14
- Federkopf
- 15
- Stellantrieb
- 16
- Gehäuse
- 17
- Entkoppelungseinrichtung
- 18
- Haltemittel nachgiebig
- 19
- Feder
- 20
- Kupplung
- 21
- Kupplungsteil roboterseitig
- 22
- Kupplungsteil werkzeugseitig
- 23
- Trennmittel
- 24
- Schnittstelle, Anbauteil an Roboter
- 25
- Schnittstelle, Anbauteil an Werkzeug
- 26
- Steuerung
- 27
- Detektionseinrichtung, Sensor
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 3319169 A1 [0002]
- DE 3620391 A1 [0003]
- DE 19938114 A1 [0004]
- DE 8632873 U1 [0005]
- DE 202004007938 U1 [0006]
- DE 102010004316 A1 [0007]
- DE 10391972 T5 [0007]
- DE 102007063099 A1 [0010, 0070]
- DE 102007014023 A1 [0010, 0070]
- DE 102007060680 A1 [0010]
- DE 102007028758 B4 [0010, 0070]
- DE 102009047033 A1 [0011]
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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- ISO/TS 15066 [0010]
- EN ISO 10218-1,2 [0010]
