DE3022162A1 - Einrichtung an industrierobotern zur begrenzung des schwenkbereichs von armteilen - Google Patents

Description

• Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung an Industrie-
• robotern zur Begrenzung des Schwenkbereiches von Armteilen mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.
• Bekanntlich entwickeln hydraulische Schwenkantriebe für Industrieroboter bei größeren Bauformen sehr hohe Drehmomente.
• Diese Drehmomente sind einerseits erwünscht, da sie den Aufbau außerordentlich leistungsfähiger Svsteme gestatten. Andererseits muß jedoch auch Vorsorge getroffen werden, eine fehlerhafte Bewegung in einen verbotenen Bereich hinein sicher zu verhindern.
• Industrieroboter bekannter Bauweise besitzen - unabhängig von der Art des Antriebs - zur Verhinderung derartiger fehlerhafter Bewegungen feste Endanschläge, die häufig als Anschlagpuffer ausgeführt sind (Beispiel: KUKA Firmendruckschrift SK 37-015-32).
• Endanschläge dieser Art können zum Teil auch so angeordnet werden, daß sie z. B. die Drehung eines Industrieroboterarms um die vertikale Zentralachse nur in einem gewünschten, begrenzten Bereich gestatten, womit die Anpassung des Roboters an einen gegebenen Einsatzfall erleichtert wird.
• Ein hydraulischer Schwenkantrieb mit sehr hohem abgebbarem Antriebsdrehmoment (z. B. 20.000 Nm und mehr) erfordert bei einer solchen Lösung einen sehr schweren Anschlag und entsprechende Befestigungsmittel. Ein weiterer Aufwand würde erforderlich, wenn dieser Anschlag so ausgebildet werden soll, daß er an einen gegebenen Einsatzfall durch Versetzen angepaßt werden kann. Es ist daher Aufgabe der Erfindung, diese Nachteile bei den in Rede stehenden Industrierobotern zu vermeiden, das heißt, dafür Sorge zu tragen, daß bei einem Schwenken über einen vorbestimmten, ungefährlichen Bereich hinaus, weder innere Schäden entstehen noch äußere Ausrüstungsgegenstände, Maschinenteile, Aufbauten oder gar Personen gefährdet werden. Die Ausgestaltung soll billig und einfach sein, den jeweiligen Anforderungen leicht angepaßt werden können und ohne zusätzlichen Einbauraum verwirklicht werden können. Sie soll es darüber hinaus ermöglichen, elektrische oder elektronische Signalgeber in Funktion zu setzen, ohne deren Zerstörung befürchten zu müssen.
• Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß mit den Merkmalen des kennzeichnenden Teils des Anspruchs 1.
• Diese Lösung hat den Vorteil der außerordentlichen Einfachheit und Zuverlassigkeit. Selbst handelsübliche Drehdurchführungen lassen sich ohne weiteres mit einem erfindungsgemäßen Schließglied versehen.
• Bei translatorisch sich bewegenden Hydraulikzylindern sind sogenannte Endlagendämpfungen in einer Vielzahl von Ausführungsformen bekannt. Diese Endlagendämpfungen sind jedoch im allgemeinen nicht hubabhängig verstellbar und darüber hinaus auf Schwenktriebe nur sehr schwierig oder gar nicht übertragbar. Die Anwendung sogenannter Brems- oder Verzögerungsvntile wäre zwar prinzipiell denkbar, jedoch käme zusätzlich zum Aufwand für das Ventil selbst auch noch jener für eine in verschiedenen Winkelstellungen wirksame Befestigung und Leitungsführung hinzu.
• Die Ansprüche 2 bis 4 beziehen sich auf verschiedene Anordnungen und Ausgestaltungen des Schließgliedes.
• Die Ansprüche 5 bis 8 richten sich auf zusätzliche elektrische oder elektronische Signalgeber.
• Die'Erfindung wird anhand eines in den Abbildungen dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert, wobei die Verarbeitung der Signale oder Signalgeber in einem Blockdiagramm dargestellt wird.
• Abbildung 1 zeigt schematisch einen Industrieroboter mit verketteten Drehgelenken.
• Abbildung 2 zeigt im Schnitt eine Drehdurchführung mit dem dem Ablauf zugeordneten Ringkanal.
• Abbildung 3 zeigt einen Schnitt entsprechend der in Abbildung 2 angegebenen Schnittlinie.
• Abbildung 4 zeigt einen der Figur 3 entsprechenden Schnitt mit dem Schließglied im Eingriff.
• Abbildung 5 zeigt ein Blockdiagramm zum Verarbeiten der im Zuge der Endlagenüberwachung entstehenden Signale sowie zum manuellen Rückstellen.
• Ein Industrieroboter 1 besitzt mehrere Achsen 2, 3 und 4 mit zugehörigen, nicht näher dargestellten-Schwenkmotoren. Die hydraulische Versorgung der Schwenkmotore erfolgt über hydraulische Drehdurchführungen, was den Vorteil mit sich bringt, daß an den Armteilen 5 oder 6 zwischen den Achsen 2 und 3 bzw. 3 und 4 feste Rohrleitungen verlegt werden können. Eine Drehdurchführung 7 ist in Abbildung 2 ausschnittsweise dargestellt und besitzt einen ersten Teil 8 von zylindrischem Querschnitt, welcher in einer entsprechenden Bohrung eines zweiten Teiles 9 geführt ist. Im Teil 9 sind mit axialem Abstand zwei Dichtungen 10 und 11 angeordnet, zwischen denen sich ein Ringkanal 12 befindet, in welchen innerhalb des Teils 9 eine Öffnung 13 mündet.
• Im.Teil 8 liegt dem Ringkanal 12 eine Öffnung 14 gegenüber, die sich zu einer Längsbohrung 15 im Teil 8 fortpflanzt. In den Ringkanal 12 ragt ein Schließglied 16 hinein, welches mit Hilfe einer Klemmschraube 17 befestigbar ist. Selbst wenn das Schließglied 16 die Öffnung 14 voll abgedeckt hat, verbleibt ein mit 18 bezeichneter Mindestströmungsquerschnitt. Der erlaubte Schwenkbereich ist mit 19 bezeichnet. Innerhalb des mit 20 bezeichneten Bereiches ist das Schließglied 16 voll im Eingriff.
• Zur Erläuterung der Funktion sei von den Abbildungen 3 und 4 ausgegangen, wobei vorausgesetzt wird, daß der nicht näher dargestellte Schwenkmotor ausgehend von der in Abbildung 3 gezeichneten Mittellage betätigt werde und der Ringkanal 12 dem Ablauf des Druckmittels diene. Entsprechend den Bewegungen des Schwenkmotors wird dann eine Relativbewegung zwischen den Teilen 8 und 9 stattfinden, das heißt, das Schließstück nähert sich der öffnung 14 ohne allerdings vorerst wirksam zu werden.
• Schließlich beginnt jedoch das Verschließen der Öffnung 14.
• Da sich hierbei der Strömungsquerschnitt in einer von der Form der Öffnung 14 und der Formgebung des Schließgliedes 16 abhängigen Art und Weise verringert, baut sich im Ablauf ein stetig zunehmender Gegendruck auf, und die Geschwindigkeit des Schwenkmotors wird stetig niedriger. Es liegt ngr im Ermessen des Konstrukteurs, wie klein der Mindestströmungsquerschnitt 18 werden kann. Auf jeden Fall ist es anzustreben, den Schwenkmotor bis zum Erreichen eines Schleichganges zu verzögern, da bei einer solch geringen Geschwindigkeit die Gefahr von Zerstörungen oder Schäden bereits stark reduziert ist und mit Hilfe weiterer Maßnahmen z. B. eine Not-Aus-Schaltung bewirkt werden kann.
• Eine solche Maßnahme kann z. B. durch Anfahren von Endschaltern bewirkt werden. Die Funktion einer derartigen Endlagenüberwachung ist aus Abbildung 5 ersichtlich.
• Für die als Beispiel gezeigte Achse 2 erfolgt eine laufende Überwachung der Einhaltung des erlaubten Schwenkbereiches 19 z. B. durch eine nicht dargestellte, mit dem Schwenkantrieb verbundene Nockenscheibe, die einen ebenfalls nicht dargestellten Grenztaster (A) im (und nur im) erlaubten Schwenkbereich 19 aktiviert hält, in Verbindung mit je einem - nicht dargestellten - Grenztaster an der linken (L) und an der rechten (R) Begrenzung des erlaubten Schwenkbereiches 19. Sobald durch den Grenztaster (A) das Verlassen des erlaubten Schwenkbereiches 19 registriert wird, erfolgt die Ansteuerung der NOT-AUS-Einrichtung für den gesamten Industrieroboter, und zwar entweder (bei Endlage L) über den Grenztaster (L) mit Speicherfunktion, oder (bei Endlage R) über den Grenztaster (R) mit Speicherfunktion, oder, falls der zuständige Grenztaster (L) oder (R) versagt, über eine logische Verknüpfungseinheit, die bei gleichzeitigem Vorliegen der 3 Bedingungen - Schwenkantrieb außerhalb des erlaubten Bereiches - Endlage L nicht registriert - Endlage R nicht registriert ebenfalls NOT-AUS ansteuert. In diesem letzteren Fall liegt eine Störung vor, die durch die normale Rücksetz-Routine nicht beseitigt werden kann und soll.
• Durch die NOT-AUS-Ansteuerung des Industrieroboters werden alle Achsen sowohl in der Drehrichtung L als auch in der Drehrichtung R blockiert und der Industrieroboter steht.
• Erst durch manuelles Betätigen der der jeweiligen Endlagenauflaufbewegung in der Drehrichtung entgegengesetzten Rückstelltaste T1 bzw. T2 wird eine Rückstellung aus der Endlage bewirkt, wobei zugleich - unabhängig von der erfindungsgemäßen hydraulischen Einrichtung - steuerungsmäßig auf Kriechgang geschaltet wird. Sobald die logischen Verknüpfungsbedingungen - Endlage L (oder R) - Rückstellbefehl - Kriechgang - Drehrichtung R (oder L) gleichzeitig vorliegen, erfolgt dann erfindungsgemäß die Ansteuerung des Schwenkantriebes 2 zur Rückstellbewegung im Kriechgang in Drehrichtung R (oder L) bei gleichzeitiger Aufhebung der Blockierung der Drehrichtung R (oder L) nur für diese Achse.
• Durch die Rückstellbewegung wird bei Wiedererreichen des erlaubten Schwenkbereiches der Grenztaster (A) wieder aktiviert und der Endlagengrenztaster L (oder R) wieder disaktiviert, wodurch die Ansteuerung der NOT-AUS-Einrichtung aufgehoben wird und der Industrieroboter wieder mit allen Achsen und für alle Drehrichtungen jeder Achse funktionsfähig ist.
• L e e r s e i t e

Claims (8)

1. Bezeichnung: Einrichtung an Industrierobotern zur Begrenzung des Schwenkbereichs von Armteilen Patentansprüche: 1. Einrichtung an Industrierobotern zur Begrenzung des Schwenkbereichs von Armteilen, die mit Hilfe eines Schwenkmotors oder dergleichen um eine Achse schwenkbar sind und bei denen die Zufuhr von Druckmittel zu den bzw. die Abfuhr von Druckmittel aus den Arbeitsräumen über eine Hohlwelle oder dergleichen und eine hydraulische Drehdurchführung erfolgen, welche mindestens zwei von zwei relativ zueinander drehbaren Teilen gebildete und gegeneinander und die Umgebung abgedichtete Ringkanäle besitzt, in die jeweils eine in dem einen Teil und eine in dem anderen Teil liegende, der Weiterleitung des Druckmittels dienende Öffnungen münden, dadurch gekennzeichnet, daß an einem der Teile (9) ein in einen Ringkanal (12) hineinragendes, und nach einem vorbestimmten Schwenkbereich (19) die Öffnung (14) in dem anderen Teil (8) zunehmend versperrendes Schließglied (16) angeordnet ist.
2. 2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Schließglied (16) so geformt ist, daß der bei zunehmendem Versperren verbleibende Strömungsquerschnitt bezogen auf den Schwenkwinkel einer vorbestimmten Funktion entspricht.
3. 3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß unabhängig vom Schwenkwinkel immer ein Mindest-Strömungsquerschnitt (18) vorhanden ist.
4. 4. Einrichtung nach einem oder mehreren der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils die der Abfuhr des Druckmittels zugeordnete Öffnung (14) vom Schließglied (16) gesperrt wird.
5. 5. Einrichtung nach einem oder mehreren der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß nach einem vorbestimmten Schwenkwinkel nach dem Wirksamwerden des SchLiBgliedes (16) ein elektrischer oder elektronischer Signalgeber von dem Armteil betätigt wird, welcher Signalgeber direkt oder unter Einbeziehung eines Programms eine Not-Aus-Schaltung bewirkt.
6. 6. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Not-Aus-Schaltung gleichermaßen für weitere Achsen des Industrieroboters gilt.
7. 7. Einrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Not-Aus-Schaltung nur dann aufhebbar ist, wenn ein Rückstellbefehl mit entgegengesetzter Laufrichtung erteilt wird.
8. 8. Einrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß beim Rückstellbefehl alle weiteren Achsen blockiert sind.