DE3814582A1 - Kollisionssensor - Google Patents

Description

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft den Schutz vor Kollisionsstörungen für räumlich sich bewegende Verfahreinheiten, z. B. mobile Roboter und Führungsgetriebe eines Roboters, unter Verwendung von einem oder mehreren Kollisionssensoren, die im voraussicht­ lichen Gefahrenbereich an beweglichen Einheiten oder stationären Hindernissen befestigt werden. Sie werden eingesetzt, wenn die Gefahr von Kollisionen im Arbeitsbereich des mobilen oder stationären Roboters besteht und Ausweichbewegungen oder Nothalt erzeugt werden müssen. Dabei stellt der Kollisionssensor als Information ein binäres Signal bereit, wenn der Fühler aus seiner Nullage durch Krafteinwirkung d. h. Anfahren eines Hindernisses ausgelenkt wird.

Die Information ist als Nothaltesignal zu nutzen.

Da schon bei einer geringen gegenüber der möglichen Auslenkung des Tastfühlers von dem quasi dreidimensionalen Kollisionssensor ein Informationssignal vorliegt, ist der Inhalt des Signals bei entsprechender Steuerung ausreichend, um die in Richtung eines Hindernisses sich bewegende Verfahreinheit zu stoppen, bevor eine Kollisionszerstörung auftreten kann.

Charakteristik des bekannten Standes der Technik

Es sind einige aufwendige Vorrichtungen bekannt, deren Funktion zum Schutz der Effektoren und Roboter vor Kollision genutzt wird.

In DD-WP 2 26 243 "Vorrichtung zum Kollisionsschutz" B 25 J 19/00 wird der vom Gelenkroboter geführte Effektor vor Zerstörung oder bleibende Lageänderung durch eine Kompensation der Auslenkung und ein elektrisches Spannungspotential zwischen Effektor und peripheren Einrichtungen geschützt.

Ein ähnliches Verfahren ist in DD-WP 2 25 656 "Schaltungsanordnung zum Kollisionsschutz insbesondere für programmgesteuerte Arbeitsgeräte" B 25 J 19/00 beschrieben worden. Eine mechanische Lösung des Kollisionsschutzes mittels definierter Vorspannkräfte von Federn ist in DD-WP 2 22 244, B 25 J 19/00 vorgestellt worden. In DD-WP 2 20 250 "Havarie für Schweißroboter" B 25 J 19/00 wird der Schweißbrenner an eine elastisch isolierte Vorrichtung befestigt und das Nothaltsignal erhält man von einem Formkontaktschalter. Das Prinzip des Robotersicherheitsfühlers, dargelegt in DE-PS 32 41 132; B 25 J 19/00, wurde dadurch gelöst, indem ein Näherungsinitiator von einem Schaltstößel beim Ausweichen des sekundären Flansches geschaltet wird und dadurch der Bewegungs­ ablauf des Roboters unterbrochen wird. Bei der Sicherheitsein­ richtung für Industrieroboter, DE-OS 33 33 979; B 25 J 19/00, erfolgt die Verbindung zwischen Roboter und Effektor über mindestens drei Flansche. Dabei sind zwei der Flansche derart nachgiebig miteinander verbunden, daß sie ab einer bestimmten auf das Werkzeug ausgeübten Querkraft relativ zueinander kippen und dadurch eine Schalteinrichtung zum Ausschalten des Roboters z. B. einen induktiven Näherungsschalter betätigen.

Der Einsatz dieser oben beschriebenen Kollisionsvorrichtungen haben alle die Nachteile, daß

• - sie nur zwischen Roboter (Handwurzel) und Effektor angeordnet sind,
• - sie durch ihre Einbaulage den Abstand zwischen Handwurzel und Effektor verlängern und dadurch den Arbeitsraum des Roboters bei horizontaler und vertikaler Bedienung beträchtlich einschränken,
• - ihre Ausführung sehr aufwendig ist,
• - ihre Funktion nur bei Kollision des Effektors gegeben ist, nicht aber bei Kollisionen der Führungsgetriebe des Roboters.

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist ein Erfassen von Hindernissen durch Tasten bzw. Fühlen, so daß Kollisionszerstörungen bei räumlich sich bewegenden Verfahreinheiten, insbedsondere in der Roboter­ technik, verhütet werden.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen vorzugsweisen einfachen quasi dreidimensionalen Kollisionssensor zu schaffen, der Hindernisse mit einem elastischen und in die Ausgangslage selbst zurückkehrenden Tastfühler erfaßt, und von dem einer oder mehrere im voraussichtlichen Gefahrenbereich an beweglichen Einheiten oder stationären Hindernissen befestigt werden können. Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß an der Grundplatte eines Gehäuses in Form eines Zylinders mit einem nach oben offen auslaufenden geraden Kreiskegelstumpf ein Hall­ element mittig isoliert befestigt ist. Ein vorzugsweise biege­ elastischer Fühler ist mit einem zylindrischen Stabmagneten durch eine Buchse fest verbunden. Eine mit der Buchse mittels Gewinde verbundene zylindrische Hülse weist einen Anschlag auf, mit dem sie auf dem Rand des Kreiskegelstumpfes sitzt, wobei der Magnet solchen Abstand vom Hallelement hat, daß bei Aus­ lenkung des Magneten aus der Mittelachse durch das Hallelement eine Schaltfunktion ausgeführt wird. Die Hülse ist mittels einer das Gehäuse und die Hülse fest umschließenden Spiralfeder, deren Enden am zylindrischen Teil des Gehäuses und der Hülse befestigt sind, am Gehäuse elastisch fixiert.

Ausführungsbeispiel

Die Erfindung soll nachstehend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden. In der Zeichnung zeigt

Fig. 1 Schnittdarstellung des quasi dreidimensionalen Kollisionssensors.

Das Funktionsprinzip des quasi dreidimensionalen Kollisions­ sensors ist dadurch gekennzeichnet, daß ein biegeelastischer Fühler 6 mit einem zylindrischen Stabmagneten 7 mittels einer Buchse 3 starr gekoppelt ist. Der Abstand des Stabmagneten 7 zum Hallelement des Hallschalters 8 ist zwischen der Buchse 3 und einer zylindrischen Hülse 4 über ein Feingewinde justierbar. In dem Gehäuse, aus Grundplatte 1 und Kapsel 2 in Form eines Zylinders mit einem nach oben offen auslaufenden geraden Kreis­ kegelstumpf bestehend, ist auf der Grundplatte der Hallschalt­ kreis 8 vom Typ B 462 G isolationsgeschützt befestigt.

Die Kapsel 2 hat seitlich eine Öffnung, durch die der Hall­ schaltkreis 8 aus dem Gehäuse herausgenommen werden kann. Über dem Hallschaltkreis 8 wird der Stabmagnet 7 in einem entsprechenden Schaltabstand mit der Buchse 3 gelagert. Durch eine die Kapsel 2 und die Hülse 4 fest umschließende Spiralfeder 5, wobei die zylindrischen Teile der Spiralfeder 5 an Kapsel 2 und Hülse 4 durch Klebung befestigt sind, wird die Hülse 4, die mittels eines Anschlages 9 auf dem Bohrungsrand des Kreiskegel­ stumpfes der Kapsel 2 sitzt, verbunden über die Buchse 3 mit Stabmagnet 7 und biegeelastischem Fühler 6 mit Kapsel 2 zu einem elastischen Gelenk zusammengefügt.

Bei dem vorliegenden Beispiel beträgt der Raumwinkel α ∼ 10°. Die drei Bohrungen an der Grundplatte 1 des Gehäuses dienen zur Befestigung des kleinen leichten Kollisionssensors an beliebigen Objekten, die der Kollisionsgefahr ausgesetzt sind.

Das vom Hallschaltkreis B 462 G ausgegebene Nothaltsignal ist ein standardisiertes TTL-Signal.

Der um einen Drehpunkt in X-, Y-Richtung bewegliche Fühler kehrt selbständig in seine Nullage zurück, sofern keine quasi - statischen Kräfte auf ihn wirken. Der Fühler kann sich bei Verwendung eines biegeelastischen Materials, auch bei Drucklast, im Drehpunkt auslenken entsprechend der Enterschen Knicktheorie.

Da schon bei einer geringen gegenüber der möglichen Auslenkung des Tastfühlers von dem quasi dreidimensionalen Kollisionssensor ein Informationssignal vorliegt, ist der Inhalt des Signals bei entsprechender Steuerung ausreichend, um die in Richtung eines Hindernisses sich bewegende Verfahreinheit zu stoppen, bevor eine Kollisionszerstörung auftreten kann.

• Aufstellung der Formel- und Bezugszeichen 1 Grundplatte
  2 Kapsel
  3 Buchse
  4 Hülse
  5 Spiralfeder
  6 Fühler
  7 Stabmagnet
  8 Hallschalter
  9 Anschlag

Claims (2)

1. Kollisionssensor, dadurch gekennzeichnet,
daß an der Grundplatte (1) eines Gehäuses in Form eines Zylinders mit einem nach oben offen auslaufenden geraden Kreiskegelstumpf ein Hallelement mittig isoliert befestigt ist,
daß ein Fühler (6) mit einem zylindrischen Stabmagneten (7) durch eine Buchse (3) fest verbunden ist,
daß eine mit der Buchse (3) mittels Gewinde verbundene zylindrische Hülse (4) einen Anschlag (9) aufweist, mit dem sie auf dem Rand des Kreiskegelstumpfes des Gehäuses sitzt, wobei der Magnet (7) solchen Abstand vom Hallelement hat, daß bei Auslenkung des Magneten (7) aus der Mittelachse durch das Hallelement eine Schaltfunktion ausgeführt wird und daß die Hülse (4) mittels einer das Gehäuse und die Hülse (4) fest umschließenden Spiralfeder (5), deren Enden am zylindrischen Teil des Gehäuses und der Hülse (4) befestigt sind, am Gehäuse elastisch fixiert ist.

2. Kollisionssensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Fühler (6) biegeelastisch ist.