Handhabungsgerät

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine

Vorrichtung zum Schutze von Personen und ortsfesten oder autonom bewegten Hindernissen vor ortsfesten oder autonom bewegten Handhabungsgeräten wie

Fertigungs-, Transport-, Inspektions- oder

Serviceroboter und ihrer Manipulatoren vor

Kollisionen in deren Arbeitsbereich mittels

Schutzhüllen mit innenliegenden Drucksensoren und eingebauter, Druckerhöhungs- und

Druckhaltevorrichtung .

Aus der DE 10 2007 062 245 AI ist eine

Kollisionsdetektionsvorrichtung bekannt, die die beweglichen Elemente des Handhabungsgerätes mit einem aus flexiblem Material gefertigten Mediums-Speicher umgeben. Die Mediums-Speicher sind mit Drucksensoren ausgestattet, die eine Druckerhöhung bei Kollision anzeigen und für die Auslösung von Schutzschaltungen verwendet werden können.

Aus der EP 1 810 795 AI ist eine

Sicherheitsvorrichtung bekannt, bei der eine

elastische, abgedichtete gasgefüllte Schutzhülle die Manipulatoren eines Roboters umgeben, die mit einem oder mehreren Drucksensoren ausgestattet sind, die im Zusammenwirken mit einem Referenzsensor für die

Auslösung von Schutzschaltungen verwendet werden können .

Aus der DE 10 2006 044 071 B4 ist eine Roboter

Schutzeinrichtung bekannt, bei der ebenfalls eine elastische Schutzhülle den oder die Manipulatoren zur Dämpfung eines Aufpralles umgeben und die

Druckänderung dieser Schutzhüllen im Kollisionsfalle mittels Drucksensoren erfasst wird.

Allen diesen Lösungsansätzen ist gemeinsam, dass sie zur Befüllung der Schutzhüllen mit dem Gas oder Fluid einer externen Quelle für die Zufuhr bedürfen, was insbesondere bei einer Vielzahl von Hüllen aufwändige und die Beweglichkeit der Manipulatoren

einschränkende Schlauchverbindungen erforderlich macht. Dadurch ist die handhabbare Anzahl der

einzelnen Schutzhüllen beschränkt und ihre Anwendung bei autonom bewegten Robotern eingeschränkt.

Nachdem die Druckerhöhung bei Kollision in

Schutzhüllen mit kleinem Volumen deutlicher ausfällt, als bei großvolumigen Schutzhüllen ist damit auch die Höhe des idealen Vorlagedruckes des Mediums in der Schutzhülle von ihrer Größe abhängig. Es hat sich deshalb als vorteilhaft gezeigt, anstatt weniger großvolumiger Schutzhüllen, eine Vielzahl kleiner Schutzelemente vorzusehen. Dies hat auch noch den weiteren Vorteil, dass sich ihre Formgebung an die Form der Roboteroberfläche und deren

Manipulatoren anpassen lässt. Auch der Schutz vor ihren in besonderem Maße kollisionsgefährdeten Zonen insbesondere bei autonomen Robotern ist besser realisierbar .

Die Größe der Schutzhüllen, ihre Form und der in ihrem Inneren anstehende Druck definiert auch deren Formstabilität .

Nachdem auch die Form der Schutzelemente einen deutlichen Einfluss auf die Höhe des idealen

Vorlagedruckes des Mediums in der Schutzhülle hat, ist die Auflösung der Schutzhüllen in kleinere

Schutzelemente nur dann praktisch machbar, wenn jedem Schutzelement der für seine Form und Größe ideale Druck zugeordnet werden kann.

Die Erfindung wird anhand eines Ausführungsbeispiels gemäß den nachstehenden Zeichnungen näher erläutert, wobei

Fig. 1 Schutzelemente mit Basisschale ohne

Schaumstofffüllung,

Fig. 2 Schutzelemente Querschnitt direkt montiert mit Schaumstofffüllung, Fig. 3 Schutzelemente Querschnitt direkt montiert mit Schaumstofffüllung und seitlicher Anordnung der

Sensoren und Druckerhöhungsvorrichtung,

Fig. 4 Schutzelemente Querschnitt direkt montiert mit Schaumstofffüllung und seitlicher gemeinsamer

Anordnung der Sensoren und Druckerhöhungsvorrichtung, wiedergibt .

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe wie in Fig. 1 im Querschnitt dargestellt dadurch gelöst, dass jedem Schutzelement 1 das Medium nicht von außen zugeführt wird, sondern die Schutzelemente in ihrem Inneren zusätzlich zu mindestens einem Drucksensor 4 auch eine Druckerhöhungsvorrichtung 7 aufweisen, die das Medium vorzugsweise Umgebungsluft ansaugen und einen vom Steuergerät 8 aus einstellbarem Druck im Inneren des Schutzelementes erzeugen.

Eine bevorzugte erfindungsgemäße Ausführung der

Vorrichtung der Schutzelemente 1 besteht wie in Fig. 1 dargestellt typischerweise aus der Basisschale aus Kunststoff 12, mittels Distanzstücken 2 frei

gehaltenen Lufteintritts- und Kabel-Durchtritts-Kanal 13, der Druckerhöhungsvorrichtung 7, dem mindestens einen Drucksensor 4 mit oder ohne Referenzsensor 6 und der elastischen Umhüllung 11 der Schutzelemente. Bei einer weiteren bevorzugten erfindungsgemäße

Ausführung der Vorrichtung der Schutzelemente 1 ist wie in Fig 1 dargestellt, die beispielsweise

piezoelektrische Druckerhöhungsvorrichtung 7 , dem mindestens einmal vorhandenen innenliegenden

Drucksensor 4 und optional dem mindestens einmal vorhandenen außenliegenden Drucksensor 6 auf einer als Leiterplatte ausgebildeten Trägerplatte 3

montiert, die in die Basisschale eingeklebt ist.

Die innenliegende Druckerhöhungsvorrichtung 7 ist auch ein gewisser Schutz gegen Verletzungen der elastischen Schutzhülle 11 der Schutzelemente 1 und zwar dadurch, dass kleine Verletzungen der

elastischen Schutzhülle oder Undichtigkeiten

automatisch ausgeglichen werden.

Die Energieversorgungskabel und Datenleitungen 5 der Druckerhöhungspumpe und der Drucksensoren werden in Rillen 13 unter der Basisplatte über einen

Sammelkanal zu der Steuereinrichtung 8 geführt.

Die Energieversorgung dieser integrierten

Druckerhöhungsvorrichtung 7 erfolgt vorzugsweise mittels elektrischer Energie, die über eine außerhalb der Schutzelemente 1 angeordnete Steuervorrichtung 8 bei Bedarf zugeführt wird.

Diese Steuervorrichtung 8 kann als analoge Steuerung oder auch als digitale Steuerung ausgeführt werden. Sie kann je nach Zweckmäßigkeit die

Druckerhöhungsvorrichtungen 7 einzeln oder in Gruppen zusammengefasst ansteuern. Auch die individuelle Kombination von Ansteueralgorithmen je Schutzelement ist möglich.

Die erfindungsgemäße Ausführung der Schutzelemente 1 mit innenliegender Druckerhöhungsvorrichtung 7 kann über die Steuervorrichtung 8 nach einem vorgegebenen Druckerhöhungsprofil gesteuert werden oder auch durch pulsierende Druckerhöhung.

Die Druckerhöhungsvorrichtung 7 ist vorzugsweise als piezoelektrische Pumpe ausgeführt.

Wie in Fig. 2 dargestellt kann in einer weitern vorzugsmäßige Ausführung die Innenfüllung 9 der

Schutzelemente 1 zur besseren Formstabilität und Dämpfungswirkung mit einer offenporigem

Schaumstofffüllung 9 ergänzt werden, was eine

inhärente Elastizität der Schutzelemente 1 bei

Kollision ergibt.

Eine weitere Ausführungsvariante der Vorrichtung der Schutzelemente 1 besteht darin, dass die

Schaumstofffüllung 9 mit einer Außenumhüllung 11 aus ausgehärtetem Flüssigkunststoff gasdicht umhüllt ist und diese Umhüllung durch Anstrich, Besprühen oder im Tauchverfahren aufgebracht wird. Die im vorstehenden Absatz beschriebene, als Leiterplatte ausgeführte Trägerplatte 3 wird samt piezoelektrischer

Druckerhöhungsvorrichtung 7, dem innenliegenden

Drucksensor 4 und optional dem außenliegenden Drucksensor 6 nachträglich in diese Außenumhüllung 11 eingeklebt .

Diese gas-dichte Außenumhüllung 11 kann aus

elastischen Materialien mit unterschiedlichen, der jeweiligen Anwendung angepassten Eigenschaften

ausgeführt sein, wie beispielsweise

hochtemperaturfest, feuerfest, antibakteriell beschichtet oder auch in unterschiedlichen Farben zu Unterscheidungs- , Alarm- oder Gestaltungszwecken.

Ihre Schichtstärke ist variabel und beträgt

typischerweise zwischen 20 μιη und 2 mm.

Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsvariante werden die Teile Schutzhülle 11 und

Schaumstofffüllung 9 aus einem Material hergestellt, welches bei gasdurchlässiger Innenstruktur in der Herstellung ein gas-dichte Außenhaut bildet, wie beispielsweise Moosgummi oder Integralschaumstoff.

Eine weitere bevorzugte Ausführung der Vorrichtung der Schutzelemente 1 besteht darin, dass eine an die zu schützende Oberfläche des Roboters bzw.

Manipulators 10 angepasste Formgebung verwendet wird. Diese Ausführung kann für entsprechende Oberflächen beispielsweise als ebenes oder leicht gekrümmtes Flachkissen, als Halbschalen zur Verkleidung von zylindrischen oder kegelförmigen Rohrteilen und runden Manipulator-Elementen eingesetzt werden. Die Befestigung der Schutzelemente erfolgt durch

Aufkleben, magnetische Befestigung oder Befestigungslaschen für Befestigungsschrauben an der Basisschale aus Kunststoff.

Die Ausführung der Schutzelemente 1 kann auch so erfolgen, wie in Fig. 3 und 4 im Querschnitt

dargestellt. Dabei werden die innenliegenden

Drucksensoren 4, die außenliegenden Drucksensoren 6 und die Druckerhöhungsvorrichtung 7 seitlich an den Schutzelementen angeordnet. Die kann an beliebigen Seiten der Schutzelemente 1 getrennt oder wie im Querschnitt Fig. 4 dargestellt auf einer gemeinsamen, vorzugsweise als Leiterplatte ausgeführten

Grundplatte erfolgen.

Eine weitere bevorzugte Ausführung der Vorrichtung der Schutzelemente 1 besteht darin, dass sie als kugel- oder pilzförmiger Taster für Schaltvorgänge wie typischerweise Not-Aus Taster oder in länglicher Leistenform für Sicherheitsschaltungen bei

Quetschleisten verwendet wird.

Die Vorrichtung und Kombinationsmöglichkeiten ihrer Ausführungsvarianten in Form und Größe gestatten es, die Steuerung unterschiedlicher Gegenmaßnahmen bei Kollisionsgefahr durch entsprechende Programmierung der Steuereinrichtung 8 zu realisieren. Gedacht ist dabei im Besonderen an Notabschaltungen,

Annäherungssteuerung über den Druckgradienten,

Annäherungssteuerungen über kapazitive

Näherungssensoren in Kombination mit dem

erfindungsgemäßen Schutzelement als Berührungssensor, vorzugsweise dadurch, dass sich das betroffene

Schutzelement bei Annäherung stärker aufbläst und so die Schutzwirkung verstärkt.

Gedacht wird dabei in gleicher Weise auch an die Kombination einer Steuerung der zu schützenden

Oberfläche des Manipulators 10 mit den

erfindungsgemäßen Schutzelementen als

Berührungssensor mit einer 3-dimensional räumlich abbildenden digitalen Kamera. Dies im Besonderen zur Absicherung der letzten Annäherungsdistanz des

Manipulators von ca. 1 bis 3 cm, die eine 3- dimensional abbildende digitale Kamera nicht oder schlecht erfasst und daher vom Manipulator im

Kriechgang zurückgelegt werden muss.